Nd:YAG激光熔覆快速制造技术研究

报道了Nd:YAG全固态激光器同轴送粉激光熔覆快速制造金属零件的工艺与机制。主要研究了不同工艺条件下，激光熔覆工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉量大小)对激光熔覆层宽度、高度、表面平整度和成型质量的影响规律。在此基础上，对成型薄壁墙的水平方向倾斜角度在不同功率下做了极限实验并分析了其中原因，找出了最佳的成型参数。最后，将Nd:YAG激光熔覆快速制造所制备零件的质量与CO2激光熔覆所制备的进行了对比，结果表明，采用Nd:YAG激光器制备的金属试样结合强度更高，同时，两者都高于相近成分下常规加工方式所加工试样的相应值，且均表现为韧性断裂。     

扫描路径对薄壁件激光熔覆涂层形变的影响

为了改善收割机割刀等薄壁件在激光熔覆提升性能时容易产生形变的状况，采用Nd:YAG激光加工系统在Hilbert分形式、轮廓偏置式和光栅式的3种不同的扫描路径下分别制备不同的铁基合金熔覆涂层，并取得了基材形变量和熔池深度等相关数据。结果表明，轮廓偏置式扫描路径在中心处的熔池深度最大，为0.75mm，且试样形变量达到了0.30mm；激光熔覆过程中熔池与其附近区域的温度梯度和基材形变量有着正相关的关系，熔池深度越大，温度越高，不同区域之间的温度梯度越大，产生的热应力越大，进而形变的倾向也会越大；光栅式扫描路径熔池深度随时间递增，温度梯度较小，故对基材的形变倾向较弱，且所制备的熔覆涂层质量较好，是适合于薄壁件激光熔覆的扫描路径。此研究对薄壁件激光熔覆具有指导意义。     

镍基高温合金K403的脉冲激光熔覆涂层应用研究

为了对现服役的的K403高温合金渗铝叶片的失效区进行性能恢复,采用YAG固休脉冲多功能激光加工器在涡轮叶片K403基体上进行了激光熔覆实验,研究热处理对基体显微组织和对熔覆层的影响,不同激光熔覆参数(电流、脉宽、频率)条件下寻求适合对K403进行激光熔覆修复的粉末,熔覆之后显微组织和性能以及显微硬度的变化.实验采用金相...     

激光熔覆过程温度场的数值模拟

为描述预置粉Nd:YAG激光熔覆过程中温度场的变化规律,建立了三维预置粉激光熔覆物理模型,通过自行编程,利用三维表格施加高斯激光热流密度载荷,实现载荷的空间分布与时间移动,在ANSYS软件中模拟计算了预置粉Nd:YAG激光熔覆过程温度场.模拟结果表明光斑中心处温度最高,为2.8×10 3℃,并以光斑为中心逐层降低,等温线近似椭圆形,椭圆中心位于光斑后方.光斑点的升温变化率、降温变化率、热梯度分别为7×10 3℃/s、5×10 3℃/s、2×10 6W/(m2·s).这些结果数据为激光熔覆工艺参数的优化提供了理论依据.     

超高速激光熔覆涂层成形及关键性能研究进展

超高速激光熔覆是新兴的表面涂层技术，通过粉末和激光的最佳耦合实现熔覆效率的大幅提升，相比传统激光熔覆涂层可以获得更优质的表面质量，且对基材损伤更小。通过分析超高速激光熔覆的原理及技术优势，并与传统激光熔覆技术特点进行对比，总结了激光功率、扫描速率、送粉速度以及搭接率对熔覆层成形的影响，详细介绍了超高速激光熔覆涂层的硬度、耐磨、耐蚀等关键性能的研究现状，并且列举了国内外对超高速激光熔覆技术在工业应用现状。最后，基于目前的研究进展，指出目前对于超高速激光熔覆涂层和基体界面结合状态及涂层构件力学方面处于研究空白，并对该技术的发展提出展望。以期为超高速激光熔覆技术的广泛应用提供理论支持。     

激光熔覆铁基TiC复合涂层成形质量的控制方法

为了揭示激光熔覆工艺参数对铁基TiC复合熔覆层成形质量的作用规律、优化激光熔覆工艺参数,使用YAG固体激光器在60Si2Mn基体上激光熔覆铁基TiC复合涂层,基于响应面法建立输出电流、脉冲宽度、扫描速率与熔覆层宽度、高度、熔池深度、宽高比、稀释率以及硬度之间的数学模型,并对模型进行方差分析,获得了工艺参数与成形质量之间...     

激光熔覆立铣刀的制造研究

采用同步送粉激光熔覆方法，在45#钢立铣刀坯材的刃带部位，熔覆一层钴基自熔合金作为立铣刀的加工刃。研究了激光熔覆工艺参数对激光熔覆层形状和开裂的影响，结果表明，熔层宽度的关键因素是激光的有效光斑尺寸，它是由激光功率密度与熔覆速度决定的；熔层高度的关键因素是粉末的线送粉速率，它是由送粉器的送粉速率与熔覆速度的比值决定的；提高激光功率可显著降低熔层开裂倾向。同时，薄的熔层形状可以降低熔层开裂的倾向。进行了激光熔覆立铣刀工装设备．和工艺研究；采用优化工艺，在45#钢铣刀坯材上熔覆成功无裂纹，成型良好、硬度分布满足使用要求的功能层；通过了国标GB／T122．4．3-90规定的立铣刀切削性能试验。以激光熔覆新工艺完成了立铣刀的制造。     

基于PCA和TOPSIS的激光熔覆最佳工艺参数评价方法

为了提升激光熔覆质量，获取最佳的激光熔覆工艺参数，提出基于PCA和TOPSIS的激光熔覆最佳工艺参数评价方法。在边界条件和假设条件下构建激光熔覆温度场分布模型，利用主成分分析法获取分布模型中主要的工艺参数，并结合TOPSIS方法对激光熔覆最佳工艺参数进行评价，获取最佳的激光功率、扫描速度。仿真实验结果表明，分析熔覆过程中温度场的变化情况，判断激光功率和扫描速度两种工艺参数对激光熔覆的影响；并利用文献方法和所提方法进行对比可知，所提方法进行激光熔覆最佳工艺参数评价的精度最高可达99.12%,评价精度较高，提升了激光熔覆质量。     

激光熔覆快速制造金属零件研究与发展

论述了激光快速直接制造的国内外研究和发展现状,介绍了激光快速制造金属零件的方法,重点说明了基于激光熔覆的快速制造技术和激光制造技术涉及的关键问题:精密高质量同轴送粉熔覆系统、激光熔覆的工艺优化与稳定性和激光熔覆过程的检测与闭环控制。展示了激光熔覆快速制造的典型金属零件和应用领域。提出了激光熔覆制造进一步研究的方向。     

激光熔覆修复技术参数模拟优化分析

为提升激光熔覆修复技术的性能,提出激光熔覆修复技术参数模拟优化方法。通过分析激光熔覆技术工作原理及类型,确定激光熔覆修复技术参数。确定激光熔覆修复技术参数,引入BP神经网络方法,构建熔覆层形貌和激光熔覆修复参数之间的模型预测。采用粒子群优化算法,优化构建的激光熔覆修复参数预测模型,实现激光熔覆修复技术参数模拟优化。仿真结果表明:采用本方法对激光熔覆修复技术参数进行优化后,激光熔覆修复的效果较为理想,明显提高了激光熔覆修复技术的工作效率。     

锰青铜表面激光熔覆镍基合金的微观组织

用Rofin-Sinar CW025 YAG激光设备,采用同步送粉的方式进行自熔性Ni-Cr-B-Si合金粉末的激光熔覆,获得了无气孔和裂纹缺陷的熔覆层.借助扫描电子显微镜(SEM,LEO 1450)、能谱仪(EDS),X射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相分析.研究结果表明,激光熔覆层与C86300铜合金基体实现了良好的冶金结合,激光熔覆层组织主要是γNi,Cr7C3,Ni2B,Ni3B以及少量CrB2和Cr3Si,并且实现了主要元素(Cr,Fe,Ni,Cu和Zn)从基体到熔覆层的梯度分布.     

AA6061Al合金表面Si3N4激光熔覆层的空泡腐蚀性能

采用 2kW连续波Nd∶YAG固体激光器在AA6 0 6 1铝合金表面激光熔覆Si3N4 陶瓷粉末 ,从而制备出Si3N4 颗粒增强金属基复合材料 (MMC)表面改性层。利用扫描电子显微镜 (SEM EDX) ,X射线衍射 (XRD)仪等对改性层的组织形貌、结构及化学成分进行分析。采用恒电位仪及超声波感应空泡腐蚀设备对MMC改性层的电化学腐蚀及空泡腐蚀性能进行了评价 ,并总结出其空泡腐蚀机制。     

镁基金属复合材料表面激光熔覆铜合金研究

采用喷涂铜合金的两步法工艺,用2kW-NdYAG激光对Mg-SiC复合材料进行了激光熔覆,熔覆后表层的Cu60Zn40合金与Mg-SiC基体熔合良好.激光熔覆试样相对腐蚀电动势Ecorr比未处理提高3.7倍,其相对腐蚀电流密度icorr低约22倍,激光熔覆Cu60Zn40层可以显著提高Mg-SiC复合材料的耐蚀性.     

多次辐照条件下YAG脉冲激光熔敷层开裂敏感性研究

采用Nd:YAG固体脉冲激光器,在镍基高温合金上激光熔敷镍基自熔合金,对激光多次辐照条件下熔敷层的开裂问题进行了探索性研究。试验结果表明:脉冲激光多次辐照,对熔敷层的组织及硬度影响不大;激光辐照次数的增多,促进了熔敷层裂纹萌生,其裂纹形态为沿晶高温液化裂纹;对基材热输入的增多,促进了基材再热裂纹的萌生     

塑料模具激光精密修复技术的研究

脉冲Nd:YAG激光熔覆技术是精密修复塑料模具最有效的方法之一，激光器的电压、电流、脉冲宽度、脉冲频率与激光的扫描速度、光斑直径等工艺参数直接影响着熔覆的质量。为了综合考虑各工艺参数的影响和简化工艺调整过程，提出了重叠率的观念，建立了重叠率的计算方程。分别采用预置熔覆法和手动送丝法在低碳钢基体上熔覆Ni基合金，获得了最佳工艺参数：单脉冲能量为6.7 J，重叠率为97.4%。利用扫描电子显微镜观察了手动送丝熔覆层存在的冶金缺陷，对其产生的原因进行了初步探讨。     

LY12CZ激光熔覆的疲劳性能

通过有效控制固体YAG脉冲式激光器的电流、脉冲宽度、频率、光斑直径、扫描速度等有关工艺参数,模拟飞机腐蚀损伤的铝合金试样表面激光熔覆Al-Y(Y的质量分数为4%)合金,Al-Si(Si的质量分数为12%)合金,充分时效后进行疲劳实验、疲劳断口分析和金相分析。结果表明,熔覆Al-Y合金试样的安全寿命达到熔覆Al-Si合金试样寿命的339%,熔覆层和基体结合得比较紧密,熔覆层气孔、夹杂等缺陷较少,疲劳断口裂纹扩展区存在疲劳条带和疲劳台阶,熔覆Al-Si合金试样的熔覆层气孔缺陷较多,没有呈现低周疲劳的特征。     

AA6061铝基材上激光熔覆Cu／Cr合金层的研究

在易氧化的纯AI表面制备Cu/Ar合金熔覆层,因二者的熔点温度差别大且容易结合过渡区产生脆性裂纹而有一定难度。本文通过扫描电镜（SEM）分析研究了激光工艺参数对Cu/Ar熔覆层过渡区裂纹倾向的影响。实验结果表明,以1．06μm波长的Nd:YAG激光器的聚焦光束为热源,通过选择合适的激光工艺参数,可获得理想的Cu/Ar合金熔覆层,这对于改进铝材表面的物理、化学性能并进一步开发其作为电接触材料具有应用价值。     

镁合金成品件的激光多层涂敷

本文采用激光多层涂敷的方法对镁合金成品件进行了本体涂敷。使用Nd—YAG固体激光器,采用镁合金填料进行了涂敷,徐敷区的显微硬度超过127Hv,涂敷厚度为0.8—1mm。用X—ray衍射仪对基材和多层涂敷区域进行了物相分析,用金相显微镜和扫描电镜观察了基材组织与多层涂敷区组织。结果表明,使用激光多层涂敷的办法修复镁合金的成品件是可行的。     

激光熔覆SiC/不锈钢粉末复合涂层的组织与性能

用 2 k W Nd:YAG激光在 4 0 Cr钢基体上制取了 Si C强化的 Fe基复合材料涂层 ,并对熔覆层进行了显微组织结构和性能测试 .加入的 Si C包括颗粒状和纤维状两种形态 ,通过调整颗粒状Si Cp和纤维状 Si Cf的加入量 ,研究了 Si C在激光熔覆过程中的演变、存在形式及对熔覆层硬度的影响 .结果表明 ,随着加入量的增加 ,熔覆层中未熔 Si C含量增加 ,熔覆层硬度也随之提高 ;对比加入颗粒状和纤维状 Si C的熔覆层的显微硬度表明 ,同含量情况下纤维状 Si C的强化效果更显著 ;造成熔覆层硬度显著提高的原因是未熔 Si C,析出相 Fe Si C的弥散强化和熔入的 Si,C元素引起的固溶强化作用 .     

AZ91D镁合金表面激光熔覆钴基合金涂层及性能分析

为改善AZ91D镁合金的表面性能,采用预置粉末脉冲激光熔覆法在镁合金表面制备钴基合金涂层,用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析熔覆层与基体结合界面特征、熔覆层成分。并结合Co-Cr相图、Co-W-C相图分析了熔覆层的组织形成过程,对基体及熔覆层显微硬度和耐蚀性进行测试。结果表明:合金层与基体冶金结合,熔覆层无明显缺陷;熔覆层硬度约为560HV达到基体的9倍;钴基合金层的耐蚀性能较高,自腐蚀电位比AZ91D镁合金基体提高1.18V,腐蚀电流降低约5个数量级。