激光熔覆技术研究

利用激光在PCrNi1Mo钢上熔覆纯Cr粉末,采用多道搭接激光熔覆技术获得了最佳的激光熔覆工艺参数。实验结果表明,激光熔覆层均匀连续,无宏观气孔和裂纹,激光熔覆层与基体发生了冶金结合。     

机械合金化19Cr-14Ni不锈钢粉末激光熔覆层的组织和性能

激光熔覆所用粉末材料的制备方法主要是雾化法。为探索激光熔覆专用材料的制备新方法,将以单元素粉末的形式,按照19Cr-14Ni不锈钢的成分来配制混合粉,并将该混合粉机械合金化45h,在45#钢板上分别将采用上述两种不锈钢粉末进行激光熔覆。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)/能谱仪(EDS)、腐蚀电化学等方法研究熔覆层的相组成、微结构和耐蚀性。结果表明,与雾化粉体激光熔覆层相比,机械合金化粉体激光熔覆层的枝晶得到细化,其组织呈连续网状分布,Cr元素的枝晶间偏析得以改善;与雾化粉体相比,机械合金化能提高粉体熔覆层的耐蚀性能,但其硬度略有降低。     

激光表面熔覆制备纳米结构涂层的研究进展

激光表面熔覆制备纳米结构涂层是一种新型的纳米表面涂层技术.综述了国内外近年来激光熔覆制备纳米结构涂层的研究进展.从熔覆对象的角度介绍了激光熔覆制备纳米结构涂层的主要技术,熔覆对象可分为纳米粉末和预制纳米结构涂层.而纳米粉末主要有纯纳米粉末、纳米/微米混合粉末和构造纳米粉末等;预制纳米结构涂层可分为热喷涂纳米结构涂层、纳米复合镀层以及溶胶一凝胶(sol-gel)纳米结构涂层等.阐述了激光熔覆制备纳米结构涂层存在的主要问题,并提出了当前的主要发展趋势:激光熔覆原位生成纳米结构涂层、激光熔覆纳米/微米构造复合粉末以及激光熔覆制备纳米结构涂层过程的数值模拟等.     

激光熔覆WF218合金粉末的研究

本文对激光熔覆用WF—218合金粉末的激光熔覆工艺和熔覆层组织、性能进行了研究,获得了WF—218钴基合金粉末激光熔覆层厚度和宽度与最小比能量关系曲线和熔覆层的性能数据,为用户选择和使用激光熔覆WF—218合金粉末和在气门等产品上应用提供了依据。     

激光-感应复合熔覆Ni基WC复合层的工艺研究

为了提高熔覆效率与消除熔覆层的裂纹,采用激光-感应复合熔覆的方法在A3表面获得了无气孔与裂纹的Ni基WC复合层。研究了不同的加工参量对复合层质量的影响,结果表明,随着激光比能的增加,粉末面密度增加;在相同的激光比能条件下,随着粉末面密度增加,熔覆层的高度增加,稀释率减小;在相同的粉末面密度条件下,随着激光比能的增加,熔覆层的宽度略有增加。此外,相对于单纯的激光熔覆技术,激光-感应复合熔覆的效率约可以提高5倍。在激光-感应复合熔覆过程中,熔覆层与基材间的温度梯度大大降低,这是Ni基WC复合层无裂纹的关键原因。     

非载气式激光同轴送粉试验研究

研制了一种非载气式激光同轴送粉系统，粉末流能汇聚输出，其焦点尺寸为φ1．5mm，焦距fp15～35mm连续可调。在二维平面上熔敷消除了方向性影响，多层激光熔敷组织、成分及硬度分布均匀。与载气式同轴送粉相比，具有较高的粉末利用率(60％-80％)及较高的工业应用价值。     

大功率半导体激光熔覆高速钢研究

使用2kW半导体激光在工具钢表面熔覆高速钢粉末。在同轴送粉的粉末汇聚点与激光的聚焦点可获得无裂纹的熔覆层。随着激光功率的增加,熔覆层厚度和粉末利用率增加,同时基体对熔覆层的稀释率下降。获得的熔覆层的硬度达到800Hv0.3,基体硬度200Hv0.3,表明大功率半导体激光在表面熔覆领域具有很好的应用前景。     

基于激光光斑直径的激光熔覆粉末汇聚特性数值模拟

为了探索激光熔覆过程激光与粉末流的耦合作用机理,通过激光熔覆喷粉数值模拟,研究送粉速度对粉末汇聚特性的影响规律,随着送粉速度的增加,粉末流焦点直径逐渐减小,粉末流获得良好的收敛性。通过分析激光光斑模拟图,研究激光光斑大小与粉末流焦点直径的作用关系,并通过激光熔覆实验进一步验证,当粉末流焦点直径接近激光光斑直径时,熔覆形貌较好,但随着送粉速度的进一步提升,粉末流焦点直径减小,基体热影响区域增大,熔覆表面形貌变差,最终获得最佳送粉速度为170m/s。研究成果为激光熔覆粉末利用率与激光熔覆形貌控制提供理论依据。     

同轴送粉和压片预置激光熔覆NiCoCrAlY涂层工艺比较

采用同轴送粉与压片预置激光熔覆工艺制备NiCoCrAlY涂层, 对两种激光熔覆工艺粉末利用率、涂层稀释率、熔覆层硬度及熔覆层微观组织形貌进行了比较。结果表明, 在涂层界面能形成良好冶金结合的优选工艺参数条件下, 同轴送粉激光熔覆粉末利用率和加工参数密切相关, 最高不超过0.4, 而压片预置激光熔覆粉末利用率高于0.9; 同轴送粉激光熔覆制备涂层熔合区为垂直于界面的柱状晶, 上部为均匀的等轴晶, 压片预置激光熔覆涂层的枝状晶贯穿整个涂层; 但是压片预制熔覆涂层的硬度略低于同轴送粉熔覆涂层。     

板坯结晶器激光再制造技术

通过基材预处理、预热和激光熔覆工艺的优化设计,对多种熔覆粉末进行了对比性试验并制备相应的样件。通过对样件熔覆层的各种宏观现象和微观性能的测试分析,得出了大面积板坯结晶器激光熔覆的最佳熔覆粉末、熔覆工艺和工艺参数,为板坯结晶器的激光再制造提供了理论和实验依据。     

垂直面送粉激光强化系统与应用研究

针对汽车发动机缸体、缸套、模具侧壁等垂直表面激光强化的需求 ,研制了垂直面送粉喷嘴和垂直面送粉激光强化系统 ,适合于内侧和外侧垂直面送粉激光熔覆和合金化及不送粉熔凝、相变硬化 ;利用该系统 ,选择合适的激光处理工艺参数 ,在垂直放置的灰铸铁表面进行了激光熔凝、送粉激光合金化、送粉激光熔覆等表面处理 ,分析了处理层的显微组织 ,合金元素成分分布与硬度分布。激光强化显著提高了基材的使用性能。垂直面送粉激光强化技术有良好的工业应用前景。     

激光熔覆同轴送粉喷嘴研制

针对现有送粉喷嘴粉末汇聚性差、出粉口容易堵塞以及受热变形的缺点,设计了一种四孔式同轴送粉喷嘴。喷嘴中央为激光束及保护气通道,沿中心锥孔轴向均布的4个小孔,为粉末通道。建立了数值计算模型,应用FLUENT软件对粉末通道不同出口形状和不同倾角条件下粉末流场情况进行数值模拟,选择最优方案。计算结果表明,在其他工艺参数一定的前提下,采用收缩出口与粉末通道倾角为70°时有利于改善熔覆成形效果。最后利用研制的送粉喷嘴进行粉末汇聚、激光熔覆成形等实验,验证该送粉喷嘴的实验效果。     

基于环形光光内送粉激光熔覆温度场的数值模拟

针对"光束中空,光内送粉"的激光熔覆工艺方法,利用Ansys软件的参数化设计语言(APDL)建立了环形激光光斑连续移动加载的激光熔覆模型。通过计算该模型,可以掌握环形激光光内送粉激光熔覆过程中温度场的分布规律。计算结果表明,采用环形激光束加载时,熔池的最高温度区域的形状呈现出"马鞍形"。在基体纵切面上,熔池的高温区域分布呈不对称的"W"形,且高温区域主要分布在光斑中心往后;在基体横截面上,熔池的高温区域分布呈对称的"W"形,熔池中心温度低,两侧温度高,通过基体横断面等温线的分布能够判断熔覆层与基体的结合情况。位于扫描路径中心位置的点在激光束扫过其过程中会经历迅速升温、降温、升温、再迅速降温的急冷急热过程,且第二次升温高于第一次的温度值;位于光斑内外环之间的点在激光束扫过其过程中只有一次升温降温的过程,温度分布较均匀。     

激光再制造三维运动光束头

基于激光制造技术相关理论，设计并制造了激光同轴转动三维运动光束头。分析了三维运动光束头工艺参数对熔覆效果的影响，并讨论了其在工业应用实验中取得的效果。结果表明，该三维运动光束头能绕竖直轴转动和水平轴摆动;在参数一定的条件下，随着光束头摆动角度的增加，熔覆效果越来越不理想，理想的摆动角度为0°～45°;配合送粉头的粉末流聚焦及焦点可调功能，该光束头可以实现曲轴、螺杆、叶片等复杂型面零件的制造和再制造。     

同轴送粉激光熔覆中粉末流对光束能量的衰减作用

为了得到同轴送粉激光熔覆中激光束穿过粉末流后的能量变化,研究了粉末浓度分布对激光能量的衰减作用。模拟了稳态、存在基底和熔池的情况下粉末流的空间分布,通过粉末浓度与激光能量衰减的关系,得到了任意粉末分布及激光能量分布下的衰减率。研究了基底对气流场的作用以及基底对粉末的反弹作用两种因素对粉末浓度分布的影响,并比较了平顶形光束在不同熔池尺寸和送粉率下的衰减率。结果表明,存在基底时粉末流对激光的衰减率比无基底作用时一般高2倍以上,与送粉率成正比,在熔池尺寸较小时与其大小成反比。     

铝合金高功率CO2激光粉末焊接

采用PFL-1A型激光加工送粉器和新型双层送粉喷嘴,在(Slab)CO2激光器上对一种较常用的高强度铝合金A2219进行焊接实验。研究了粉束落点相对激光光斑位置变化、送粉与焊接的相对方向对送粉时焊接过程和粉末利用率的影响。并研究了激光功率、离焦量和焊接速度的合理匹配。结合高速摄像仪和光束光斑诊断仪的观察数据对实验现象和结果进行了合理的分析,并给出优化的工艺参数区间。实验表明,只有当粉束作用在靠近熔池结晶前沿,偏离光斑后侧0.5~1 mm的区域,粉束才能有效地进入熔池;当送粉量一定时,需要相应的功率、功率密度和焊接速度匹配,粉束才能有效利用,得到理想的焊缝。通过优化工艺参数,成功获得了具有理想余高、成形良好、焊接过程稳定的焊缝。     

SiC纳米陶瓷粉末激光烧结成形试验研究

基于选择性激光烧结快速成型技术,利用CO2激光对纳米SiC粉体材料进行了激光烧结成型的试验.用X射线衍射、扫描电镜等分析了烧结层中纳米SiC的显微组织,同时对激光烧结过程及工艺参数的影响进行了探讨.研究结果表明,采用选择性激光烧结工艺参数,可以实现SiC陶瓷块体的烧结成型,烧结件内部组织保持纳米结构,材料晶粒尺寸基本不长大.烧结过程中SiC有分解反应,产生纳米Si和C.     

激光微沉积合金粉末制造薄壁零件的试验研究

为了直接制备出壁厚均匀的精细薄壁零件,试验研究了激光微沉积StelliteF合金粉末的工艺参数对壁厚均匀性及沉积过程稳定性的影响。通过对激光微沉积薄壁的截面组织及形貌的分析表明,沉积过程的热散失条件影响壁厚的均匀性;选择合适选择合适的工艺参数,可沉积出表面粗糙度Ra低于10μm、内部组织致密、厚度均匀(壁厚约0.4mm)的薄壁零件。结果表明,激光微沉积合金粉末技术在细小零件的激光表面改性及高精度小型零件的直接制备方面具有很好的应用开发前景。     

激光熔覆同轴送粉喷嘴研究

送粉喷嘴作为送粉系统的关键部件之一,直接影响着激光熔覆的效果。随着激光熔覆技术的发展,国内外对送粉喷嘴进行了深入研究,研制出了多种新型送粉喷嘴,都有效地提高了熔覆效果和粉末的利用率。简要概括了国内外对于同轴送粉喷嘴的研究进展以及送粉原理,分析了现有同轴送粉喷嘴现状,指出了现有送粉喷嘴存在的不足,提出加强送粉喷嘴的设计是加速送粉激光熔覆发展的关键问题之一,并对同轴送粉喷嘴的前景进行了展望。