镁合金表面激光熔覆技术的研究进展

综述了镁合金表面激光熔覆技术的研究进展状况。介绍了镁合金表面激光熔覆工艺特点和工艺方法;阐述了工艺参量对熔覆层性能的影响;总结了当前镁合金表面激光熔覆的主要材料体系及其熔覆层的组织和性能;展望了镁合金表面激光熔覆技术今后的发展方向。     

Inconel 738激光熔覆层的裂纹控制方法

针对镍基高温合金激光熔覆过程中覆层极易产生裂纹的问题,在高温合金K438基体上激光熔覆Inconel 738合金粉,研究了熔覆层的开裂机理以及裂纹控制方法。裂纹由靠近基体端的过渡层产生并扩展到熔覆层,具有典型的沿晶特征,裂纹的形成主要与熔覆层中的热输入和低熔共晶相有关。从减少激光熔覆层中的低熔共晶相出发,通过优化激光熔覆工艺参数、添加适量Y2O3以及对基体进行同步冷却,可在一定程度上减少甚至避免熔覆层裂纹的产生。     

温度梯度对激光熔覆层裂纹产生的影响

为了减少激光熔覆技术中因温度梯度大而产生的熔覆层裂纹，在激光熔覆过程中采用预热基体的方法来减小温度梯度。采用ANSYS软件建立45#钢基材上激光熔覆镍基金属粉末的多道搭接温度场有限元模型，通过热电偶测温验证模型的可靠性，利用建立的有限元模型分析熔覆层在熔覆过程中熔覆层边缘的温度梯度变化规律以及基材预热温度对熔覆层温度梯度的影响。结果表明，最大温度梯度位于熔覆层与基体结合界面的边缘，使得此处成为金属熔池凝固的极端条件，导致此处极易产生裂纹；在基材预热为200℃时，可以显著降低熔覆层凝固过程中的温度梯度，温度梯度的降低越明显，越能有效地抑制裂纹产生。通过模拟与实验的结合为实际激光熔覆制造提供了切实可行的参考依据。     

人工神经网络的激光熔覆层特征分析

为了分析激光熔覆层特征状态，提高激光熔覆质量，对基于人工神经网络的激光熔覆层特征分析方法进行设计。首先制备激光熔覆样本；将样本制作工艺参数输入遗传算法神经网络，建立激光熔覆层特征变化规律预测模型，分析几何特征与激光工艺参数间关联，依据关联分析熔覆层特征的变化情况。结果显示：该方法能够预测激光熔覆层特征变化征规律，宽度最大误差仅为0.003 mm,高度最大误差仅为0.002 mm,稀释率最大误差仅为0.002;不同的扫描速度下，熔覆层的稀释度特征呈现出明显差异，并且在激光功率、送粉速度的变化下，熔覆层特征均发生不同程度的变化。     

关于激光熔覆裂纹问题的研究

由于激光熔覆技术自身的特点,激光熔覆处理后材料表面极易形成裂纹,已成为阻碍激光熔覆技术工业化应用的主要障碍之一。为解决此问题,加快推动激光熔覆技术的工业化应用,本文综述了国内外激光熔覆裂纹研究现状,着重分析了激光熔覆层裂纹的产生原因,归纳了熔覆层裂纹的表现形式,总结了目前抑制裂纹产生的防止措施,为防止裂纹的产生提供了理论和实践依据。     

激光扫描速率与熔覆层组织性能的规律研究

为了研究在激光熔覆修复工艺中，激光扫描速率对最终形成的熔覆层性能的影响，采用同步送粉法，利用激光熔覆工艺在QT500球墨铸铁上制备了不同扫描速率下的镍基合金熔覆层样本；利用金相显微镜观察熔覆层的显微金相，并使用显微硬度计对熔覆层显微硬度进行了测定与分析，取得了熔覆层样品的硬度、显微金相组织以及样品稀释率等数据。结果表明，在其它条件不变下，随着激光扫描速率的增加，熔覆层组织更加致密、均匀，熔覆层的平均显微硬度得到了显著提高；以激光功率为1.9kW、扫描速率为5mm/s、光斑直径为4mm等参量得到的熔覆层组织与性能最优。此研究对激光熔覆表面强化工艺中合理选择工艺参量提供了理论依据。     

多道搭接激光熔覆层开裂的机理和试验分析

利用数值分析和试验相结合的办法,对多道搭接激光熔覆层的开裂机理和规律进行了研究。数值分析结果表明,激光熔覆后,熔覆层内部呈明显的拉应力状态,且主要集中在熔覆层底部与基体的交界处,因此单道熔覆时熔覆层的开裂倾向主要是垂直于扫描方向。在两道搭接熔覆时,前一次熔覆输入试样的激光能量在试样内部传递和扩散已有一定的时间,试样的整体温度升高后,第二次熔覆时激光能量输入产生的热量在试样内部形成的温度梯度就会有所减小,从而降低了工件内部的应力水平。两道熔覆完成后,由于熔覆层在扫描所受的拉应力降低的幅度最大,而垂直于扫描方向所受的拉应力变化不大,此时若熔覆层开裂,则开裂的方向将不再是垂直于扫描方向,而是会与扫描方向成一定的夹角。实际熔覆中,对单道、多道熔覆时熔覆层的开裂现象进行了观察,试验结果与分析结果较好地吻合。     

电磁搅拌辅助激光熔覆硬质合金的研究

在多元复合硬质合金的激光熔覆过程中,熔池中各组分元素密度不一致及其它物性差别使激光熔覆层出现硬质分布不均匀和粗大是形成覆层中裂纹缺陷的主要原因。针对此,研究设计了一台适用于激光熔覆的电磁搅拌器,并初步开展了电磁搅拌辅助激光熔覆硬质合金的工艺研究。结果表明,电磁搅拌不仅对熔覆层的宏观形貌还是微观组织都有影响,电磁搅拌能细化熔覆层中的WC组织,并使其分布均匀化,同时电磁搅拌能明显细化熔覆层过渡区中的树枝晶组织。     

激光熔覆铁基合金粉末单道形貌及性能研究

为探究在45钢表面熔覆铁基合金粉末过程中,激光功率、扫描速度和送粉速率对熔覆层性能的影响规律,采用正交试验方案进行激光熔覆的单道成形试验。以熔覆层的宽高比、稀释率和硬度作为判断熔覆层性能质量的评价指标,通过极差分析判断各熔覆工艺参数的影响大小,再基于多目标优化算法得出最佳的单道熔覆工艺参数组合。试验结果表明：在一定工艺参数范围内,送粉速率是影响熔覆层硬度的主要因素,激光功率次之;扫描速度是影响熔覆层高度、宽度的主要因素;送粉速率是影响稀释率的主要因素。获得了最佳工艺参数组合,即激光功率2 056 W,扫描速度8.75 mm/s,送粉速率2.198 g/min,为45钢激光熔覆铁基粉末的工艺参数选择提供依据。     

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。     

真空激光熔覆的研究

真空激光熔覆避免了大气中有害气体对熔池的侵入,使熔覆层中的显微缺陷和开裂敏感性减小,提高了熔覆层的质量;并且真空熔覆的工艺特点与大气下的激光熔覆不完全相同;其它工艺条件相同时,真空激光熔覆的尺寸(宽度W和厚度H)明显小于大气下熔覆层的尺寸。     

激光熔覆高厚度涂层技术研究现状及发展趋势

激光熔覆是一项重要的材料改性新技术,有着良好的应用前景。随着机械强度的提高,低厚度的熔覆层已不能满足要求,激光熔覆向着制备高厚度涂层方向发展。现在主要通过激光单层和多层熔覆两种技术手段来获得高厚度熔覆层,其中多层熔覆技术分为恒定成分多层熔覆和梯度多层熔覆。综述了激光单层熔覆和多层熔覆的研究现状,并着重介绍了梯度多层熔覆的研究现状,最后展望了该技术的发展趋势。     

纯铜表面脉冲激光熔覆Ni60涂层的结构与性能研究

为了克服纯铜表面激光熔覆时热量难以积聚的困难,得到冶金结合良好的Ni60熔覆层,采用预热辅助脉冲激光熔覆的方法,在纯铜表面进行了Ni60合金粉末的熔覆实验,并建立了纯铜表面预热辅助脉冲激光熔覆过程的3维瞬态热弹塑性模型,对温度场及残余应力进行了仿真。预热温度达到573K时,Ni60熔覆层中裂痕完全消除;预热温度为673K时,激光熔覆的加工效率提升了2.2倍;预热辅助脉冲激光熔覆得到的Ni60熔覆层平均硬度达到800HV_0.2;常温下,Ni60熔覆层与ASTM52100钢相对耐磨性为4.45,摩擦系数约是铜和ASTM 52100钢的57%。结果表明,随着预热温度的升高,Ni60熔覆层中裂纹减少,激光熔覆效率提高;Ni60熔覆层有效地提高了表面硬度,减小了摩擦系数。通过预热辅助脉冲激光熔覆技术,在纯铜表面制备得到无裂纹、无气孔的Ni60熔覆层,可有效地提高铜基材的硬度与耐磨性。     

激光熔覆汽轮机转子表面涂层的显微组织研究

针对激光熔覆再制造汽轮机转子轴颈,采用2 kW半导体激光器进行同轴送粉的激光熔覆Fe基合金试验,并在激光熔覆过程中对加工点附近的温度进行监控。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能量色散谱仪(EDS)研究了熔覆层的显微组织形貌、相结构与成分。结果表明,激光熔覆加热集中,检测部位的最高温度未超过70 ℃,整个修复过程平稳。Fe基合金熔覆层组织均匀、致密,与基体冶金结合,没有微观裂纹与气孔等缺陷。熔覆层组织主要为(Fe、Cr、C)合金与CrC两相。熔覆层的组织主要为典型的过饱和固溶体枝晶与枝晶间多元碳化物共晶组成,激光熔覆层与基体熔合过程中产生了元素互渗。     

激光熔覆技术的研究进展

激光熔覆技术是一种先进的表面改性技术,具有广泛的应用领域.本文介绍了激光熔覆技术的发展、应用、激光熔覆技术的设备及工艺特点,对激光熔覆层的表面质量、熔覆层存在的问题及熔覆层内裂纹形成的影响因素进行了综合评述,同时展望了激光熔覆技术的发展前景.最后,指出了存在的问题和今后努力的方向.     

45钢表面激光熔覆316L涂层显微组织与性能

采用激光熔覆技术在45钢表面制备316L合金涂层,分析了激光熔覆层的微观组织,测试了激光熔覆层的微观显微硬度。结果表明：激光熔覆区显微组织为细小树枝状结晶组织,熔覆区微观组织均匀致密以及存在着硬质点弥散分布,使得表面耐蚀性、硬度和耐磨性大幅度提高。熔覆层中残余应力一般是拉应力,随着熔覆层厚度的增加,应力回落并逐渐稳定下来,且基体残余应力较熔覆层小。     

激光熔覆Ni45A工艺参数敏感性分析

针对激光熔覆Ni45A成形控制问题,采用响应面中心复合设计方法,建立工艺参数与熔覆层几何特性之间的数学模型,分析激光功率、扫描速度、气流量对熔覆层几何特性的影响规律,并通过敏感性分析方法,获得熔覆层几何特性对工艺参数的敏感性。结果表明,增大激光功率,降低扫描速度,有利于增大熔高、熔宽和熔覆层面积,熔池中输入能量的大小是影响熔覆层形貌的主要因素。此外,敏感性分析表明熔覆层几何特性对激光功率最为敏感。研究结果为激光熔覆Ni45A几何特性提供了敏感特性图,为进一步有效地控制熔覆层成形质量提供了理论依据。     

随动进给脉冲电流增强激光熔覆制备镍基合金涂层试验

基于随动进给脉冲电流增强激光熔覆技术在42CrMo合金结构钢基体表面制备了Ni60A镍基合金涂层,研究了脉冲电流对熔覆涂层的影响。结果表明:采用随动进给电极,利用脉冲电流的趋肤效应,将大部分电流引入熔池,提高了电流利用效率,且较近的电极距离大大提高了电流密度,增强了改善效果,有利于制备缺陷少、质量高的熔覆涂层;相对于传统激光熔覆,脉冲电流增强激光熔覆既能提高熔覆效率,又能细化熔覆层晶粒,降低孔隙率,并均匀熔覆层组织,使其由常规激光熔覆形成的枝晶转变成等轴晶;脉冲电流增强激光熔覆试样的孔隙率为0.39%,平均晶粒尺寸约为4μm,优于常规激光熔覆的0.62%和6μm;同时采用随动进给电极可以减少熔覆层残余热应力和开裂敏感性,特别是小电极距离特有的高能量密度脉冲电流在熔覆层裂纹尖端形成的绕流效应和焦耳热效应能够实现熔覆层裂纹的在线自愈合,获得无裂纹的熔覆层,从而解决了激光熔覆层易开裂问题。     

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。     

激光熔覆组织对其开裂敏感性的影响

通过改变激光熔覆铁基合金粉末的成分，发现通过调整熔覆层成分，以获得非共晶组织，是减少激光熔覆层开裂敏感性的一种有效方法。