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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

超高速激光熔覆头非稳态追踪粉末流场研究

超高速激光熔覆技术取代电镀铬,可解决电镀铬工艺重金属铬离子(Cr6+)重金属污染,被禁止或限制的工业应用问题。金属工件表面镀硬铬,集耐蚀性防护、装饰于一体,有着巨大的应用前景。 我国超高速激光熔覆技术的研发,主要侧重点在于设备集成与工艺实验研究,缺少熔覆过程仿真模型。本文以超高速激光熔覆环形熔覆头为研究对象,利用FLUENT建立了基于非稳态粒子追踪技术的CFD仿真模型,开发了一种针对环形熔覆头激光熔覆粉末流场模型。针对超高速激光熔覆工艺进行了实验与分析;建立了该过程的理论模型。通过仿真结果发现超高速激光熔覆环形熔覆头可以形成半径0.8mm的粉斑,熔覆头下方15～19mm空间内粉末浓度最高,并通过实验对比验证了模型的可行性。     

激光熔覆技术及其在模具中的应用

激光熔覆技术是现代表面工程技术中的一种极有发展前途的高新技术。概述了激光熔覆技术的工艺特点、熔覆材料和工艺方法。文中采用NiCrBSi合金粉末，对灰铸铁玻璃模具进行了激光熔覆表面改性处理，使模具寿命提高了10倍。     

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。     

激光直接烧结成形金属零件的试验研究

激光直接烧结成形技术是在激光熔覆技术和快速原型及制造技术的基础上发展起来的一项先进的制造技术,其发展趋势是直接制造金属零件.本文采用Ni基和Co基合金粉末进行了激光烧结实验,利用激光烧结直接成形工艺进行了单道烧结试验,研究了不同工艺参数对成形性和表面质量的影响规律,同时使用SEM分析了单道涂覆层的组织特征,并得出获得致密组织较为理想的激光烧结工艺参数.     

同轴送粉对激光熔覆组织的细化作用

选用Ni基自熔合金粉末和Co基自熔合金粉末,在低碳钢基材上分别进行预置粉末和同轴送粉激光熔覆试验。激光功率2.0kW,光斑直径2.0mm,扫描速率0.15～0.25m/min。对熔覆层显微组织分析表明,同轴送粉熔覆层明显比预置熔覆层组织细密(前者为2.5～4.0μm,后者为5.0～10.0μm),并且具有较好的耐热冲击性。显然这是很有实际意义的,因为同轴送粉比预置粉末更易于实现自动化和大面积激光熔覆。     

飞机起落架轴颈模拟试样的激光熔覆

采用三种不同的合金粉末对制造飞机起落架的常用材料30CrMnSiNi2A进行了激光熔覆处理。并与对磨的高频淬火试样进行了环与环的接触疲劳磨损试验,用失重法比较了三种粉末激光熔覆后的耐磨性。并且对其中Ni基试样的熔覆层及过渡层进行了硬度分析、金相组织及性能分析。结果表明:采用激光熔覆工艺能显着提高试样的耐磨性,其中又以含有30%WC的Ni基粉末为最好。     

自动送粉激光熔覆装置及工艺研究

研制了一种工作稳定性好、粉末流量连续可调的自动送粉装置。经A_3钢表面激光熔覆WF-150不锈钢合金粉末的研究表明,所获得的激光熔覆层均匀连续、无宏观气孔和裂纹,粉末利用率高达94％。     

镍铁铝混合粉末的激光熔覆冶金研究

为了利用高能激光束将镍、铁、铝金属单质的混合粉末快速熔融，得到高性能的镍铁铝合金，并直接用于熔覆，采用激光3-D打印的金属粉末成型的方法，用一台中低功率的光纤激光器，以工程中常用的轧制不锈钢板为基底，研究了一定比例的镍、铁、铝混合粉末的熔覆冶金情况。通过优化激光工艺参量（激光频率、扫描速率、激光功率和离焦量）组合，得到了质量良好的单道熔覆结果。通过激光共聚焦显微镜、晶相显微镜以及扫描电子显微镜等检测手段，对熔覆条的宏观形貌和微观组织进行观察。结果表明，可获得良好的无气孔无裂纹的合金组织，且合金与基板形成了良好的冶金结合；熔覆层硬度低于基板硬度30HV左右，但截面硬度分布均匀。该研究有助于得到各向性质统一的冶金层。     

激光熔覆工艺参数对金属成形效率和形状的影响

针对激光熔覆再制造装备零件的快速高效熔覆成形及其控形问题,采用1kW全固态激光器和铁基合金粉末进行了不同激光线能量和送粉量下单道熔覆对比实验,研究了激光功率、激光扫描速度和送粉量等主要工艺参数对熔覆线形状尺寸和金属成形效率的影响.结果表明:熔覆线的宽度是光斑直径、激光功率、激光扫描速度和送粉量的函数,随激光功率增加和激光扫描速度降低,熔宽增加;随送粉量增加熔高增大.成形效率随工艺参数变化具有复杂的变化趋势,随激光线能量增加和送粉量增加,成形效率一般增高.在合适的参数范围内,需要对工艺参数进行优化以获得较高的成形效率.     

高温合金K403的激光熔覆研究

研究了高温合金K403基体上商用镍基自熔合金和自配无硼、硅元素镍基合金的激光同步送粉熔覆过程,分析了基体组织状态、熔覆层材料和熔覆工艺参数对熔覆层裂纹倾向的影响,探讨了激光熔覆技术强化和修复高温合金叶片的可行性。研究发现,激光熔覆时大多数裂纹是从基体侧形成后深入到熔覆层中,而基体组织中缩松等铸造缺陷及晶界低熔点共晶的存在是熔覆层开裂的重要原因。采用无硼、硅元素合金熔覆改善了结合区性能,与自熔合金相比,有助于改善熔覆层裂纹倾向。加入适量稀土氧化物有助于减少或消除裂纹。熔覆工艺参数对裂纹产生的影响较大,存在一个无裂纹参数选择范围。研究证明,高温合金基体上熔覆无硼、硅元素合金更易于消除熔覆层裂纹,实现强化与修复更具优势。     

铁基合金粉末激光熔覆的显微硬度分析

本文用前期实验选出的最佳工艺参数及熔覆层数,通过两种铁基合金粉末对45号钢,按同步供料法进行激光熔覆实验;对最佳工艺参数及熔覆层数时的熔覆层的显微硬度进行分析.