激光熔覆多道搭接成形质量与效率控制方法

目的揭示激光熔覆工艺参数对多道搭接成形质量与效率的耦合作用规律,提高多道搭接熔覆层表面与内部组织质量及成形效率。方法采用响应面中心复合设计建立激光功率、扫描速度、气流量和搭接率与多道搭接表面平整度、熔覆效率及气孔面积之间的数学模型,通过方差分析及检验指标,验证了所建立数学模型的正确性。结果激光功率和气流量对表面平整度的值影响并不显著。表面平整度的值与扫描速度、搭接率成反比;搭接率对熔覆效率的影响较为显著,搭接率的增大使熔覆效率减小;四个工艺参数对于气孔面积都有不同程度的影响,适当增大搭接率和减小扫描速度可以减小熔覆层气孔面积。以表面平整度最好、熔覆效率最高和气孔面积最小为目标优化工艺参数,通过试验获得表面平整度、熔覆效率、气孔面积预测值与实际值的误差分别为1.36%、6.12%、7.89%,进一步验证了该模型的准确性。结论该研究成果为多道熔覆涂层质量、熔覆效率的控制与预测以及工艺参数的优化提供了理论依据。     

扫描路径对单层激光熔覆层质量影响的研究

为探究四种不同扫描路径对熔覆层质量的影响,在TC4(Ti-6Al-4V)钛合金表面进行多道单层激光熔覆试验。熔覆粉末为Ni60A自熔性粉末,工艺参数为激光功率500 W、送粉电压10 V、扫描速度2 mm/s、多道搭接率45%,扫描路径为实验设计的四种不同的扫描路径:热搭接、两种不同方式的冷搭接和回形搭接。结果发现,在冷搭接和回形搭接的扫描方式下得到的熔覆层表面相比于热搭接平整度较差。热搭接得到的熔覆层表面最平整,平均洛氏硬度最高。冷搭接熔覆层显微硬度最高,而回形搭接熔覆层显微硬度最低。     

TC11合金多道激光熔覆温度场及涂层性能研究

为增强钛合金耐磨性,利用多道搭接激光熔覆工艺在TC11表面制备CBN涂层。基于ANSYS软件平台,对熔覆温度场进行分析。对涂层的平整度与耐磨性进行研究。结果表明:温度场的形状类似于单道熔覆时的形状,呈扁圆形。此时温度场的分布不以光斑中心对称,温度场偏向一侧。由于有预热作用,熔覆升温要比降温快,且熔覆后一道次熔覆层上的最高温度要高于前一道次。随激光功率、送粉率和搭接率的增大,表面变得不平整。随扫描速度的增大,涂层面积变小,但表面平整度较好。熔覆层试样的磨损失重远远小于基体。随载荷的增加,熔覆层磨损量变化不大,而基体磨损量增加。     

激光单道与多道熔覆Ni Cr3C2复合涂层的组织及硬度

对激光单道与多道搭接熔覆Ni+Cr3C2 复合涂层的组织、硬度及其影响因素进行了研究。在6 0mm× 1 0mm× 1 0mm(多道熔覆 )和 6 0mm× 2 0mm× 1 0mm(单道熔覆 )两种 45钢基材试样上 ,采用同一激光处理工艺参数 (P =1 7kW ,Vs=5mm·s- 1 ,D =3mm)熔覆同一涂层材料 (Ni + 50 %Cr3C2 ) ,涂层的成分、组织随搭接工艺不同 ( 0和 0 5搭接率 )而发生变化 ,使单道与多道熔覆层的显微硬度分别为1 1 0 0～ 1 2 0 0HV和 380～ 480HV。多道搭接熔覆产生的重稀释导致涂层中的硬质相数量明显少于单道熔覆层 ,是造成涂层硬度下降的主要影响因素。对激光熔池的凝固速率以及“二次加热”产生的熔道退火效应对涂层硬度的影响进行了分析。     

激光熔覆多道搭接成形及粉末利用率

针对曲面基体激光熔覆多道搭接成形质量及粉末有效利用率问题，采用响应面中心复合设计方法，构建工艺参数与响应输出之间的数学模型，分析工艺参数与多道搭接激光熔覆层平整度、稀释率和粉末利用率之间的影响关系，以获得多道搭接激光熔覆的最佳工艺参数。结果表明：平整度随着激光功率和气流量的增加而减小，随着扫描速度和搭接率的增加而增大；稀释率随着激光功率的增加而增大，随着扫描速度的增加先减小后增大，随着搭接率的增加而减小；粉末利用率随着激光功率的增加而增大，随着扫描速度和搭接率的增加而减小。以平整度大于0.75、稀释率为10%、粉末利用率最大为目标，并基于数学模型对工艺参数进行优化与预测，得到最佳工艺参数为激光功率为1.800 kW、扫描速度为7.000 mm/s、气流量为10.000 NL/min、搭接率为22.744%。以最佳工艺参数制备的熔覆层的平整度、稀释率和粉末利用率与模型预测结果的误差分别为4.645%、3.332%和6.140%,证明了模型多目标优化的准确性。     

27SiMn液压支架立柱的激光熔覆多道搭接工艺研究

大面积激光熔覆是经由多道搭接成形的,且矿用液压支架立柱的激光熔覆加工规模较大。但是,激光熔覆产生的气孔、夹渣、开裂已经成为凸显的行业基础共性问题,为控制不锈钢立柱的熔覆性能,减少气孔、夹渣、开裂等熔覆缺陷,以27SiMn材质的液压支架立柱为基体,开展大面积激光熔覆工艺多道搭接控制研究,深入探讨多道搭接熔覆的搭接区及其对耐腐蚀性能的影响,并通过调整熔覆步距进行多道搭接工艺试验,分析了熔覆平整度、稀释率对立柱成品的影响,以及熔覆层金相组织结构。结果表明:搭接区存在组织结构差异,容易存在气孔、砂眼等缺陷,立柱表面经机械加工后显露的搭接线周围是防腐蚀薄弱区,应该严格执行标准化工艺以保障该区域性能;熔覆平整度需要控制在0.03 mm以内;稀释率控制在10%以内的熔覆层组织结构平整均匀、与基体之间是冶金结合。     

激光熔覆镍基碳化铬与镍基碳化钨涂层对比研究

对激光熔覆镍基碳化钨与镍基碳化铬涂层组织性能进行了研究.结果表明,激光熔覆镍基碳化铬涂层搭接区与非搭接区组织有较大区别,搭接区涂层主要由MxCy相组成,非搭接区出现许多菱状硬质CrxCy碳化物;激光熔覆搭接方式对镍基碳化钨组织影响不大.镍基碳化铬涂层平均显微硬度为920 HV0.2,比镍基碳化钨硬度约低180 HV0.2,多道搭接对镍基碳化钨硬度影响不大,但镍基碳化铬的平均硬度下降为800 HV0.2.单道激光熔覆镍基碳化铬涂层耐磨性要高于多道搭接激光熔覆;但不同搭接方式激光熔覆碳化钨的涂层耐磨性相差不大.单道激光熔覆涂层耐腐蚀性比多道搭接激光熔覆涂层耐腐蚀性好,同含量下镍基碳化铬的耐腐蚀性比镍基碳化钨好.     

激光多道搭接激光熔覆技术研究现状

从激光多道搭接熔覆熔覆层组织结构特点、温度场变化,多道搭接率分析、不同粉末与基材熔覆以及熔覆层裂纹形成原因及控制等方面综述了激光多道搭接熔覆研究现状,提出了激光多道搭接熔覆技术的发展趋势。     

不同堆积方式对TC4合金多层熔覆层质量影响的研究

为探究扫描路径和堆积方式对TC4(Ti-6Al-4V)合金多层激光熔覆层质量的影响,采用IPG光纤激光器和侧向送粉系统,在TC4合金表面进行多层激光熔覆试验。熔覆粉末选用Ni60A自熔性合金粉末,送粉电压选择10V,多道搭接率选择45%。采用设计的三种不同堆积方案进行熔覆试验。方案一:每层选择热搭接的扫描方式进行逐层堆积;方案二:单数层选用热搭接的扫描方式,双数层选用和单数层方向垂直的扫描方向进行逐层堆积;方案三:每层选用热搭接的扫描方式,熔覆完成后再进行一次激光重熔,逐层堆积。结果表明,方案二得到的熔覆层表面最平整,洛氏硬度最高;方案三得到的熔覆层表面光滑,硬度较高,但是熔覆层表面裂纹较多。     

搭接率与二次重熔对激光熔覆石墨/铜自润滑复合材料组织的影响

为了改善石墨/铜自润滑材料激光熔覆层的平整度,探索了激光搭接率对熔覆层平整度的影响与二次重熔处理对熔覆层表面的改善效果。结果表明,激光搭接率为75%不适合作为实际加工时的工艺参数。激光熔覆搭接率为50%或25%时,均可以获得连续致密的熔覆层,50%的搭接率适合进行单次厚度较大的熔覆,可以一次性产生一定厚度的连续致密熔覆层;25%的搭接率适合进行多次激光熔覆,产生厚度较小但相对平整性更好的连续致密熔覆层,方便黏结后续的熔覆材料,避免不同部位熔覆材料厚度的差异对熔覆层产生影响。二次重熔处理可以有效减小熔覆层表面高低落差。     

激光制备自润滑复合涂层及摩擦学性能研究进展∗

运动部件在润滑油脂失效或无润滑介质时磨损加剧,通过激光技术在部件表面制备自润滑复合涂层是一种有效的解决途径。 介绍了通过激光技术制备自润滑复合涂层的质量评价指标,对自润滑复合涂层基体材料进行了详细的分类,从金属基、陶瓷基、高分子自润滑三种基体复合涂层进行系统分析,根据前人的理论研究和实践应用指出自润滑复合涂层目前存在的问题。 自润滑复合涂层对基材耐磨减摩性能的提升是明显的,不同涂层材料体系间的研究方式和进展存在差异,总结了该领域的研究进展,对未来激光制备自润滑复合涂层的研究方向进行了展望。     

Integrated Study of APS YSZ Coatings with Different Spray Angle

Spray parameters play an important role on the microstructure and properties of plasma-sprayed coatings. Parameters such as spray distance, plasma gas flow and current, raster speed, and spray angle all can be varied. In this paper, an integrated study to investigate the effects and influences of spray angle on properties of yttria-stabilized zirconia coatings was carried out with spray angles of 60°, 75°, and 90° (to the substrate surface). In situ coating property sensor based on beam curvature measurements was used to measure the evolving stress and elastic moduli of the resultant coatings and combined with other characterization tools for thermo-physical property and microstructure analysis, such as laser flash and scanning electron microscopy. The results indicate that the coating with 60° spray angle had the lowest thermal conductivity and more compliant structure. This study seeks to understand the mechanism for this effect and will provide important insight into parametric sensitivities on complex spray parts.     

钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的研究进展

针对钛合金在实际应用过程中存在硬度低、耐磨性差、高温易氧化以及生物活性低等问题,国内外学者利用陶瓷材料较高的硬度、优异的耐磨性和高温抗氧化性能的特点,以及激光熔覆技术可以实现涂层与基材的冶金结合,较高的冷却速率使涂层内部晶粒得到细化的优势,开展了钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的广泛研究。首先简要概括了钛合金表面激光熔覆陶瓷材料的特点,介绍了在激光熔覆过程中常见的陶瓷材料以及所具备的特殊性能。从陶瓷涂层制备方式和陶瓷材料体现的功能两个方面,综述了国内外的研究特点、现状和进展。对比分析了激光制备纯陶瓷涂层、激光制备陶瓷与金属合金复合涂层、激光原位合成陶瓷复合涂层、激光制备陶瓷梯度涂层的优缺点。介绍了在钛合金表面激光熔覆耐磨涂层、高温抗氧化涂层、耐蚀涂层和生物涂层的进展,分析了陶瓷材料在提高相关性能时所发挥的作用。最后针对钛合金表面激光熔覆陶瓷材料存在的问题,对钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层未来的发展趋势进行了讨论与展望。     

选区激光熔化金属表面成形质量控制的研究进展

选区激光熔化是目前应用广泛的金属增材制造方法,能够实现复杂精密金属件的成形。但是,由于技术原理的限制,选区激光熔化金属表面与切削加工表面相比,成形质量仍然存在较大差距,影响了这一方法的进一步应用。如何提高表面成形质量,是目前选区激光熔化金属成形领域重要的研究方向。介绍了选区激光熔化成形原理,分析了影响选区激光熔化金属表面成形质量的因素,总结了目前选区激光熔化金属表面成形质量的控制方法及相关研究进展。指出合理地布置成形件位置、避免将成形质量要求高的轮廓面设置为第三类表面、优化扫描工艺参数,是控制和提高选区激光熔化金属表面成形质量的主要途径。     

激光表面重熔对ZrO_2-8wt%Y_2O_3热障涂层组织与抗热震性能的影响

采用等离子喷涂设备在H13热作模具钢表面制备氧化钇部分稳定的氧化锆(ZrO2-8 wt%Y2O3)热障涂层,并用CO2横流激光器对热障涂层进行表面重熔处理,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热震试验等手段研究激光重熔前后热障涂层的微观结构及其抗热震性能的变化。结果表明,重熔前后涂层均由四方结构钇锆氧化物和立方相的氧化锆组成,重熔后涂层结晶度增加,晶粒有长大现象。激光重熔后涂层产生明显分层,表层组织孔隙和裂纹明显减少,裂纹呈网状且沿晶界分布,重熔涂层内部仍保持等离子喷涂典型结构。激光重熔后涂层孔隙率降低了67%,涂层的抗热震性能也显著提高。     

激光熔覆WC增强Ni基复合涂层的研究进展

激光熔覆是一种新型表面改性技术,具有能量密度高、稀释率可控、涂层与基体呈现良好的冶金结合等优点,且快热快冷的特性有利于在基材表面形成具有细小致密组织的涂层,从而获得耐磨耐蚀等优异性能.WC增强Ni基复合涂层因兼具陶瓷材料优异的耐高温、耐磨性和金属材料良好的强韧性,近些年成为激光熔覆研究领域的热点.综述了激光熔覆WC增强...     

高性能航空金属结构材料及特种涂层激光熔化沉积制备与成形研究进展

介绍了近年来高性能航空金属结构材料及特种涂层激光熔化沉积制备与成形的研究进展,包括航空高性能金属结构件激光熔化沉积快速成形制造技术及应用;难熔金属材料激光约束熔化沉积制备与成形;钛合金激光表面改性及过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层.     

Laser sintering of Fe-Ni nanocomposites

The laser sintering of powders is one of new technologies of producing surface coatings from nanostructural materials. In this work, we used methods of transmission and scanning electron microscopy, X-ray diffraction analysis, and X-ray photoelectron spectroscopy to study the structure of layers synthesized using laser sintering of an ultradispersed powder consisting of Fe-Ni nanocomposites. For explaining the specific characteristics of the structure that was formed as a result of high-energy laser action, we carried out a mathematical simulation of the processes of heat transfer with the application of the model of a two-phase (mushy) zone. The coatings synthesized possess a multilevel system of connected pores and can be used in catalytic reactions and hydrogen power engineering.     

Twin gas jet-assisted laser drilling through thermal barrier-coated nickel alloy substrates

Laser fabrication of cooling holes in certain parts of the aero-engine components involves percussion or trepan drilling at acute angles to the surface. These parts are often covered with plasma sprayed ceramic thermal barrier coatings (TBC) to protect them from reaching excessive temperatures in hot engine environments. Delamination of the TBC is the main problem of laser drilling acute angled holes in the coated components. The present study investigates a novel technique enabling to drill through thermal barrier-coated materials without delamination. The technique is based on the control of the melt flow trajectories and impact angle on the hole walls utilizing a secondary gas jet. Delamination-free laser-drilled holes inclined at 30° to the workpiece surface have been demonstrated. Finite volume-based numerical modelling of melt flow during the drilling process was developed to understand the effect of secondary jet in the prevention of delamination.     

机械零件维修与再制造表面质量分析与检测

利用表面工程技术对失效零部件进行恢复性维修是对机械产品进行维修和再制造的重要手段。通常,恢复性维修在零件表面增加了一个表面涂(覆)层,因此,检测零件维修与再制造过程中增加的表面涂(覆)层质量,评价零件表面性能是否达到使用需求,对确保机械零部件维修与再制造的质量具有重要的意义。文中从表面成分与结构分析、表面形貌与组织分析、表面残余应力检测、表面力学性能检测和表面耐腐蚀性能检测等五个方面阐述了机械零件维修与再制造表面质量分析与检测的内容,介绍了常用的测试方法、设备及其特点,重点介绍了表面质量分析和检测技术在利用真空镀膜、电刷镀、激光熔覆以及超音速等离子喷涂等先进表面工程技术制备涂层质量检测中的应用,并给出了具体的应用实例。