送粉激光熔覆熔池深度解析模型的误差分析

系统分析了送粉激光熔覆熔池深度解析模型的误差。揭示了解析模型建立过程中粉末颗粒运动的物理模型的选择、激光与熔覆材料及基体材料作用效率的计算、材料对激光的吸收系数的测定、相关参数的检测是误差产生的主要原因。探讨了减小误差的方法。     

激光熔覆MoS2/TiC/Ni减摩耐磨复合涂层组织及磨损性能的研究

以MoS2、TiC、Ni粉为原料,在20钢基材表面利用激光熔覆技术制备了减摩耐磨复合涂层.采用SEM和XRD对复合涂层的组织和相组成进行了研究,结果表明复合涂层主要由部分未熔的TiC颗粒、Mo2C、γ镍基固溶体和多种两元、三元硫化物TiS、NiS、Ni3Ti4S8等组成.用FALEX-6摩擦磨损实验机对MoS2/TiC/Ni复合涂层、MoS2/Ni激光熔覆层以及45钢的耐磨性能进行了对比,并对三种试样表面的磨损形貌进行了SEM观察.实验表明:MoS2/Ni激光熔覆层具有最低的摩擦系数,但磨损失重最大;MoS2/TiC/Ni复合涂层在载荷17.8N、转速200r/min条件下,磨损40分钟,其磨损失重仅为45钢的1/6.     

激光熔覆过程中熔池图像的实时检测

建立了基于CCD摄像机的激光熔覆过程检测系统，得到熔池的动态变化过程。从动态视频中读取每祯数字图像，获得稳定的熔池区图像。对熔池图像处理的算法进行研究，得到清晰准确的熔池形貌边缘;提取熔池中心，得到单道熔覆层熔池的相对高度变化，能够近似表征沉积表面的起伏。在图像采集卡与计算机图像处理单元互相通信和采集软件模块的基础上进行连续视频图像实时处理程序的开发，在0.2 s内完成对图像的采集处理工作，为获得精确的熔池位置偏差和激光熔覆过程控制提供了检测基础。     

切边模堆焊层表面激光合金化组织及应用的研究

采用自主开发的材料体系对5CrMnMo钢堆焊层表面进行了激光合金化处理.研究了堆焊层激光合金化处理后的组织和显微硬度.在优化的工艺参数下,获得了表面光洁、与基材形成良好冶金结合的强化层.合金化层平均硬度HV750.应用于热锻模具,斯太尔曲轴切边模寿命提高了60%.研究与生产应用表明,激光制备的原位合成颗粒增强表层微观结构和激光合金化层-堆焊层-5CrMnMo钢基材形成连续的宏观梯度组织结构,是模具服役寿命提高的关键因素.     

激光沉积制备A15-Nb3Al/B2叠层金属间化合物复合材料

铌基金属间化合物是一种潜在高温结构材料,室温脆性大。用Nb-12Ti-22Al和Nb-40Ti-15Al两种混合粉末,经激光沉积分别合成制备了A15-Nb3Al金属间化合物脆性涂层和韧性B2结构合金涂层。通过对制备工艺的研究,基本实现了每层成分和层厚的控制,利用韧脆相间层层叠加方法用激光制备出不同层厚比的脆韧相间A15-Nb3Al/B2叠层结构金属间化合物基复合材料。叠层复合材料的元素成分、显微组织和显微硬度均呈周期性变化,界面存在渐变过渡。叠层结构Nb基金属间化合物复合材料具有良好的室温和高温强度,性能呈各向异性。随着脆韧层厚比的增大,叠层复合材料的强度增加,在水平、竖直两方向的室温屈服强度最高分别可达1030 MPa和871 MPa,900℃屈服强度最高分别为301 MPa和267 MPa。     

送粉式激光熔覆稀释率的分析模型及其影响因素

在分析送粉式激光熔覆过程中能量分配和粉末颗粒云对激光束衰减规律的基础上，通过建立能量平衡方程，推导出熔覆层稀释率与工艺参数、材料参数之间的定量关系表达式，系统分析了影响熔覆层稀释率的因素。结合相关的物理参数、工艺参数和金相检测的熔覆层宏观参数，用方程对稀释率进行了计算。与用金相法实际检测的稀释率相比，上述计算值虽高于实测值，但两者反映的规律是一致的，都客观地反映了激光熔覆工艺参数与工艺结果的关系，为熔覆工艺参数的优化、熔覆层质量的预测、评定和现场控制系统的设计提供了理论依据。     

激光直接制造金属零件过程的闭环控制研究

对激光直接制造金属零件过程中熔池温度和熔覆层厚度的变化进行了研究,指出对确定的材料,当激光功率增大到一定值时,熔池内的金属溶液大多已达到了热饱和,温度累积效应并不显著,熔池温度基本保持平稳,而在制造过程中若零件由于工艺不稳定而产生凹凸点,在多次层叠制造后,凹处越凹、凸处越凸,严重影响零件的制造精度。所以通过传感器来直接监测金属零件的熔覆高度,进而通过控制送粉量来保证制造过程中熔覆高度的稳定性比起温度控制来更具有实际意义。提出了熔覆高度的检测方案,并对送粉量的闭环控制系统进行了研究,对送粉量的时间延迟提出了相应的对策。结果表明对熔覆层高度的检测和对送粉量的调节能够提高激光直接制造过程的稳定性和制造精度。     

激光超高温度梯度快速定向凝固研究

研究了激光重熔工艺参数对三种不同成分的Cu Mn合金重熔区微观组织生长方向的影响。结果表明 ,熔池中微观组织的生长方向强烈地受激光工艺参数 (激光输出功率和扫描速度 )和合金成分的影响。通过选择合适的工艺参数 ,实现了与Bridgman法类似的超高温度梯度快速定向凝固 ,其温度梯度可高达 10 6 K m ,速度可高达 2 4mm s。利用激光表面熔凝技术实现超高温度梯度快速定向凝固的关键在于 :1)在激光熔池内获得与激光扫描速度方向一致的温度梯度 ;2 )根据合金凝固特性选择适当的激光工艺参数以获得胞晶组织。     

铝合金表面MoSi2/SiC复合涂层的激光熔覆制备

利用激光熔覆技术在铝合金表面制备MoSi2/SiCp复合涂层,对涂层的微观组织形成规律及其主要工艺参数对涂层组织和性能的影响进行了研究.实验结果表明,对试样进行搭接预热和在熔覆粉末中添加助熔剂CaF2是提高熔覆层质量的主要途径.采用多道搭接预热熔覆工艺和预置涂层法可以在铝合金表面获得具有完全冶金结合的原位自生SiC颗粒增韧的硅化钼陶瓷复合涂层,涂层组织主要由Mo(Si,Al)2、SiC、α-Al、Mo5Si3等相组成.熔覆层显微硬度较基体材料的显微硬度有大幅度提高,涂层显微硬度最大可达850HV0.2.     

送粉激光熔覆合成制备WC/Ni硬质合金涂层及其耐磨性

借助同轴送粉法将W／C／Ni元素混合粉末送入熔池，利用激光熔池中热力学和动力学条件，在优化材料威分和激光熔覆工艺参数条件下可以直接反应合成出WC颗粒，形成以WC／Ni为主的复合涂层。熔覆层中含有WC，CW3，α-W2C，W2C，Fe6W6，C,FeW3C，W3O，C等相。添加2wt％的Cr3C2可以细化涂层中的WC颗粒尺寸，颗粒平均尺寸为4～6μm，硬度值为85HRA左右。激光合成制备的WC／Ni硬质合金涂层的耐磨性尚不及YG8硬质合金的耐磨性，但比渗氮处理试块的耐磨性提高了7．9倍。激光直接合成硬质合金涂层的成本低，可在零件能任何部位原位合成，形状尺寸不受限制。