激光熔覆铁基合金涂层的研究进展

激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性技术,具有加工效率高、涂层稀释率低且与基体结合强度高、自动化程度高、环境友好等优点。在各类熔覆材料中,铁基合金在成分上与钢铁材料最为接近,且其成本相对较低,近年来在设备零部件表面强化和再制造领域得到广泛应用。结合国内外最新相关研究成果,从材料体系、工艺参数、外场辅助技术等方面对激光熔覆铁基合金涂层的研究进展进行了综述。总结了熔覆材料的选材依据以及铁基自熔性合金粉末、不锈钢粉末、铁基非晶合金粉末、铁基复合粉末等各类材料的特点和应用。系统讨论了激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等工艺参数对铁基涂层成形质量和微观组织及性能的影响机制,并介绍了工艺参数优化在高质量熔覆层制备中的应用。同时,论述了超声振动、电磁场、温度场等外场辅助技术在激光熔覆铁基合金涂层中的应用,阐明了外加能场对激光熔覆过程中熔池及凝固组织的作用机理。最后对激光熔覆铁基合金涂层未来的发展方向进行了展望。     

铁基合金梯度熔覆工艺研究及熔覆层特性分析

为了在H13钢表面获得显微硬度呈梯度分布的铁基合金熔覆层,试验选取了三种铁基合金粉末FJ-1粉末、铁基合金粉末1号和高铬铁基合金粉末逐层进行激光熔覆,并探究了每层熔覆时的工艺参数,最终获得了由三种粉末堆积成的铁基合金梯度熔覆层,并对熔覆层的表面硬度、结合状态、组织和显微硬度等进行了分析。结果表明,三种粉末逐层熔覆后的梯度熔覆层表现出了表面平整、表面硬度较高、内部组织无明显缺陷且层间结合紧密的特征。熔覆层顶层晶粒细小,夹层和底层晶粒逐渐变大,熔覆层与H13钢结合处呈现良好的冶金结合特性。各层的显微硬度由基体逐渐向顶层升高,呈明显的梯度分布,最终得到梯度熔覆层。     

激光熔覆专用铁基合金特点分析及设计思路评述

分析了目前防止熔覆层开裂所采取的主要措施存在的问题,阐述了激光熔覆和热喷焊对于所用合金粉末性能要求之异同,指出解决激光熔覆层开裂的根本途径是研制专用合金.综述了激光熔覆专用铁基合金的研究现状,评述了现有激光熔覆专用铁基合金成分与组织设计的思想,指出了当前基于＂原位自生＂和＂高碳共晶＂设计思想的专用合金研究思路的局限性.     

表面熔覆工艺的成形特征及粉末有效利用率研究

目的针对激光熔覆层的表面形貌难以达到加工工艺要求和粉末利用率较低的问题,对激光熔覆铁基合金粉末中的工艺参数与成形特征的关系以及粉末的有效利用率进行研究。方法设计了激光表面熔覆试验方案,分别采用不同的工艺参数在45号钢基板上进行铁基合金粉末单道激光熔覆试验。采用正交试验法对每道激光熔覆试验的工艺参数与成形特性之间的关系进行研究。结果随着激光功率的增加,熔宽、熔深、稀释率均呈上升趋势,浸润角和熔覆层的高宽比呈下降趋势,粉末的有效利用率由12.9%上升到42.6%;随着送粉速度的增加,熔高呈现上升趋势,熔深呈现下降趋势,粉末的有效利用率由27.9%下降到14.7%;随着激光扫描速度的增加,熔宽和熔高均呈下降趋势,粉末的有效利用率先增加后下降。结论送粉速度的增加造成粉末有效利用率的降低,增加了激光熔覆的作业成本。适当增加激光功率不仅可获得更加良好的激光熔覆层形貌,也使得粉末有效利用率增加。在激光功率为450 W,送粉速度为9.6 g/min和激光扫描速度为390 mm/min的条件下,不仅可以使粉末有效利用率处于较高的状态,也可以获得良好的熔覆层形貌。以上研究结果对激光熔覆的应用具有指导性作用。     

灰铸铁激光熔覆铁基和镍基粉末的比较*

采用高功率横流CO2激光器,以铁基和镍基合金粉末为熔覆材料,用同步送粉法在灰铸铁基体材料上进行激光熔覆试验,并对熔覆层组织和性能进行比较分析。结果表明,激光熔覆镍基时覆层内的组织较铁基合金熔覆层组织均匀细致;熔覆镍基和铁基粉末合金层与基体结合紧密成冶金结合;结合区的组织晶粒细小,合金碳化物含量高,其硬度也最高。用正交试验法分析激光功率、扫描速度、熔覆层数对熔覆效果、表面硬度的影响规律,获得激光熔覆层表面硬度显著提高;对表面硬度影响最大的因素是扫描速度,其次是激光功率,熔覆层数则影响不大。熔覆Fe35合金粉末综合优化参数为扫描速度300mm/min、激光功率4.0kW、熔覆二层。熔覆Ni20A合金粉末优化参数为扫描速度400mm/min、激光功率4.0kW。     

激光熔覆技术在拉深模镶件中的应用

通过激光熔覆技术在45钢基体材料表面熔覆铁基合金粉末，获得高硬度、低表面粗糙度以及良好PVD处理效果的熔覆层，实现了拉深模镶件材料降级并降低了镶件采购成本。实际应用验证了激光熔覆技术在拉深模零件制造上具备的应用价值以及经济性。     

高温锻压模具表面激光熔覆铁基合金粉末的特性研究

针对激光熔覆修复发动机叶片报废高温锻压模具中使用热喷涂粉末开裂敏感性较大的缺点以及在高温(800℃以上)服役环境中,熔覆层容易开裂、脱落的问题,自配了铁基合金粉末,采用激光熔覆技术,在高温锻压模具表面制备了复合涂层;利用OM、SEM、XRD和硬度计对复合涂层进行表征.结果表明:当自制铁基熔覆粉末的质量百分比为0.5C、25Cr、1.0Ni、1.5Si、1.5B、余量Fe时,获得了无裂纹的熔覆层,熔覆层与基材实现了良好的化学冶金结合.     

高硬度激光熔覆专用Fe基合金强韧化机理

为解决高硬度激光熔覆层容易产生裂纹的问题,采用自制激光熔覆专用铁基合金粉末,在未采用预热和后热等措施的情况下,获得了高硬度且无裂纹的熔覆层.揭示了激光熔覆专用铁基合金强韧化机理,即晶内主要为中碳混合马氏体和晶间有相当数量残余奥氏体的复相组织强化.中碳混合马氏体作为基体,为熔覆层提供了高的硬度和强度以及一定的韧性.塑韧性极好的少量残余奥氏体则分布于晶界附近,在不明显降低熔覆层硬度和强度的同时吸收和减小熔覆层应力,降低开裂敏感性.     

激光功率对透平叶片激光熔覆Ni基合金涂层裂纹的影响

以透平叶片常用的2Cr13马氏体不锈钢为基底材料,以Ni基合金粉末为熔覆材料进行了激光熔覆试验。获取了不同激光功率下的熔覆层,并对熔覆层表面的裂纹分布特性进行了分析。结果表明,Ni基合金粉末能有效改善熔覆层的裂纹率。随激光功率的增大,熔覆层的裂纹率逐渐降低,裂纹的宽度也随之变小。     

光纤激光熔覆铁基合金粉末对45钢表面组织和性能的影响

利用IPG-3000 W光纤连续激光器和激光同轴送粉方式在45钢表面熔覆铁基合金粉末,利用金相显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪等,分析研究激光熔覆铁基合金粉末对45钢微观组织、显微硬度的影响。结果表明:45钢光纤激光熔覆层的微观组织为胞状晶、柱状晶、树枝晶和等轴晶,主要物相为Ni-Cr-Fe、γ-[Fe,Ni];当激光功率为600 W,扫描速度为0.3 m/s,送粉速率为0.8 g/h,靠近结合面一侧的熔覆层处最大硬度值为560 HV。对比单道和多道搭接熔覆层硬度,发现多道搭接熔覆层硬度较单道熔覆层硬度降低10~40 HV