铝合金表面激光熔覆研究进展

激光熔覆通过激光加热使熔覆材料与基体形成冶金结合的高质量熔覆层,是一种有效的表面改性技术。 铝合金因其硬度低、耐磨性差导致其无法满足对表面性能要求较高的领域,限制了其更广阔的发展。 激光熔覆对铝合金表面改性有着很好的研究和应用价值,已获得国内外学者的密切关注。 目前,铝合金激光熔覆技术研究呈上升趋势,然而缺乏系统的综述介绍。 以熔覆层材料体系为核心,按照金属基合金、陶瓷增强复合材料和一些新兴材料进行分类,综述了铝合金激光熔覆的背景、工艺以及组织性能,并对铝合金表面激光熔覆发展前景进行了展望。     

铝合金表面激光熔覆研究现状

总结了铝合金表面激光熔覆的特点,评述了铝合金表面激光熔覆技术的处理工艺和熔覆体系的研究现状,分析了各种熔覆层的组织特征及性能,阐明了铝合金激光表面熔覆存在的主要问题和改进途径,并提出了今后的任务.     

铝合金表面激光熔覆NiCrBSi的空泡腐蚀性能

采用连续波2kW YAG激光器在6061铝合金表面激光熔覆NiCrBSi合金，利用扫描电子显微镜（SEM／EDX），X射线衍射仪等分析检测设备研究熔覆层的组织形貌，化学成分及相组成，利用超超波感应空泡腐蚀设备对熔覆层在3．5％NaCl水溶液中的空泡腐蚀性能进行了系统评价，从而总结出激光熔覆层及基材的空泡腐蚀机制。     

铝合金上激光熔覆锡铜合金的工艺研究

采用激光熔覆工艺,将锡青铜喷涂专用粉末熔覆于纯铝基体表面,获得了含有气孔和裂纹的熔覆层.着重对激光熔覆过程中产生的气孔问题进行了分析,得出减小和防止熔覆层气孔的最有效途径是减少H2的来源,同时较低的预置熔覆层厚度和较高的扫描速度,也能有效减少熔覆层中气孔的数量.     

铝合金激光熔覆技术的研究进展

在总结激光熔覆工艺特点的基础上,阐述了铝合金激光熔覆的主要熔覆体系及熔覆层的组织特征及性能的研究进展,介绍了激光熔覆数值模拟的国内外进展,提出了今后铝合金激光熔覆工艺的发展趋势.     

送粉式激光熔覆温度场有限元分析

采用有限元方法建立了送粉式激光熔覆过程温度场分析的数学模型，模拟了熔覆过程温度场的分布情况，模拟结果与试验结果基本吻合，表明可以采用此计算方法提供的初始温度值和非接触测量温度变化量来控制激光熔覆工艺参数。模拟结果发现，激光熔覆过程表现为急热急冷的特征；温度梯度较大，最大温度梯度出现在熔池附近和熔覆层与基体交界的边界处。     

变形铝合金激光熔覆工艺研究

为应用激光熔覆法修复涡桨发动机螺旋桨叶腐蚀损伤，利用CO2连续激光器在LYl2基材表面进行铝基合金粉末熔覆试验。分析了激光功率、扫描速度和光斑直径等工艺参数对熔覆效果的影响，观测了熔覆层的组织特征与性能。结果表明，要获得表面平整、内部无明显缺陷的熔覆层，存在激光功率阈值；熔覆层高度和熔深以及稀释率随激光功率的增加而增大，随扫描速度而降低；熔覆层的宽度主要取决于光斑直径。熔覆层组织为均匀细小的等轴晶，靠近基体界面的位置有较大尺寸的柱状晶存在，晶轴与熔合线垂直，尺寸可达20gm以上。熔覆层的显微硬度在100～110HV之间，较基体降低约30％。     

激光熔覆层开裂问题的研究现状

分析激光熔覆层应力的产生和分布状态,描述了熔覆层纹的形成和形貌,归纳了目前掏纹产生的方法。对解决熔覆层开裂问题提出了一些建议。     

AA6063铝合金表面激光熔覆Al_3Ti涂层

将Al和Ti粉末按照摩尔比为3∶1预涂在AA6063铝合金表面进行激光熔覆处理。试验结果表明,采用合适的激光功率和扫描速度可获得无裂纹、无孔洞且表面平整的涂层。涂层由枝晶状Al3Ti和枝晶间纯Al组成,Al3Ti枝晶靠近试样表面一侧细小、而靠近基材一侧粗大,涂层和基材之间形成了良好的冶金结合。涂层的硬度(HV)可达500,显著改善了铝合金的表面性能。     

半椭圆表面裂纹应力强度因子的有限元计算分析

半椭圆表面裂纹在航天和压力容器构件中非常普遍,该类裂纹容易导致严重事故。因此对于表面半椭圆裂纹的应力强度因子评估十分重要。目前并没有准确计算这类问题的方法。文章对半椭圆表面裂纹应力强度因子的计算进行了有限元分析,并通过实例建模计算,将数值计算结果和试验计算结果进行了比较。     

连续/脉冲激光再制造温度场有限元分析与试验验证

以减少成形过程热输入,控制热影响区分布及成形层应力分布状态为目标,通过"生死单元"的有限元分析方法动态模拟激光再制造成形过程,对比分析连续/脉冲模式激光再制造温度场,采用非接触式红外测温仪验证分析结论,并就连续和脉冲工艺进行再制造成形对比试验验证。分析和试验结果表明:脉冲模式优化工艺参数为激光功率1.2 k W,光斑直径3 mm,扫描速度5 mm/s,单道成形层宽度3.2 mm,脉冲激光脉宽10 ms,占空比1:1;相同成形工艺和散热条件下,连续输出模式下多层成形层熔池温度最大值约为1400℃,较脉冲模式约高出170℃,且具有更大的热输入及热影响区范围,相关工艺及方法为叶轮叶片激光再制造提供分析和借鉴。     

激光熔覆过程热力耦合有限元温度场分析

根据激光熔覆的特点，建立了激光熔覆温度场分析模型，对送粉激光熔覆过程温度场进行了有限元分析。分析结果表明，熔覆层最高温度与激光功率、基体预热温度成正比例关系，而最大冷却速率与激光功率、基体预热温度成反比例关系。提高基体预热温度对降低熔点处材料冷却速率效果显著，而提高激光功率对降低熔点处材料冷却速率有一定作用，但效果并不明显。     

激光熔覆过程热力耦合有限元应力场分析

根据激光熔覆的特点，建立了激光熔覆应力场分析模型，对送粉激光熔覆过程应力场进行了有限元分析。分析结果表明，熔覆结束后熔覆层处于拉应力状态，但各个方向拉应力的大小不同。熔覆层材料沿熔覆方向发生的塑性拉伸变形，是造成熔覆层开裂的主要原因。提高基体预热温度可有效避免熔覆层开裂。     

钛基 / TiN 涂层接触应力有限元分析

目的研究在接触载荷作用下,钛基/TiN涂层的应力变化规律。方法利用ABAQUS软件建立可靠有限元模型,分析涂层厚度不同的钛基/TiN涂层系统在球压头作用下的接触应力。结果钛基/TiN涂层系统最大Mises应力出现在距表面约0.4a(a为接触半径)处的亚表层或者亚表层附近的界面处。在接触应力和弯曲应力作用下,涂层弯曲变形会影响涂层的径向应力和剪应力分布。结论在接触载荷作用下,涂层内存在接触应力和自身弯曲两种应力作用。分析结果有利于理解钛基Ti N涂层的失效机理。     

不同含量WC颗粒增强激光熔覆截齿涂层性能研究

目的 解决截齿磨损失效问题,研究不同WC颗粒含量对42CrMo截齿激光熔覆Co基/WC复合涂层表面形貌及裂纹率、显微硬度、耐磨/耐腐蚀性能的影响机制。方法 通过在42CrMo截齿基体上制备Co基/WC复合涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验仪及电化学工作站测试不同WC颗粒含量对熔覆层性能的影响。结果 Co基/WC复合涂层表面较为平整,当WC颗粒质量分数大于30%时,熔覆层表面开始出现交错裂纹;当WC质量分数为80%时,裂纹率增加35%。Co基/WC复合涂层的显微硬度皆高于42CrMo基体(378HV0.2),随着WC颗粒含量的增加,熔覆层平均显微硬度从448HV0.2提升到890HV0.2。Co基/WC复合涂层的摩擦系数、磨损量均小于42CrMo基体,WC颗粒质量分数增加到80%时,熔覆层平均摩擦系数为0.270,为基体(0.567)的50%,磨损量仅为1.0 mg,相比于42CrMo基体(18.6 mg)降低了约95%,低WC颗粒含量以黏着磨损为主,高WC含量以磨粒磨损为主。熔覆层耐腐蚀性能随WC含量的增加先增大、后减小,WC质量分数为30%时,熔覆层的耐腐蚀性能最好,具有最小的电流密度(1.465×10^–7 A/cm²),相比基体电流密度(8.031×10^–6 A/cm²)降低了98%。结论 WC颗粒含量对Co基/WC复合熔覆层的裂纹敏感性有显著影响,WC颗粒的细晶、弥散及固溶强化使熔覆层的显微硬度、耐磨/耐腐蚀性能得到明显改善。     

7075铝合金电动自行车车架GTAW焊接过程温度场的三维有限元分析及工艺优化

采用焊接专用有限元分析软件对7075高强铝合金电动自行车车架GTAW焊接过程进行数值仿真,分析不同热输入条件下的温度场分布和熔池形态,探索其最优热源参数.结果表明:在最优热源参数下,达到准稳态时的熔池长度为10mm,熔宽为6mm,熔池最高温度不超过1100℃.此外,分析了最优热源参数下的焊接热循环特性.研究结果可为下一步预测焊接变形和残余应力的分布提供热学方面的理论借鉴.     

3D激光熔覆陶瓷-金属复合涂层温度场的有限元仿真与计算

通过建立移动激光高斯热源作用下三维熔覆温度场的计算机数值分析模型,在分析过程中引入了复合材料热物性参数的计算方法,考虑了相变潜热和辐射对流散热等因素,用ANSYS中的ADPL语言编制了相应的计算机程序,具有较高的计算精度。在不同的工艺参数条件下,用该模型对激光熔覆陶瓷一金属复合涂层温度场进行了分析计算,得出了熔覆过程中试样表面、端面的温度等值线分布和温度梯度分布,预测了熔池的轮廓、热影响区的形状、交界面的结合情况等,为研究激光熔覆陶瓷．金属复合材料涂层的覆层成型和凝固机制、根据熔覆层的材料设计要求选择激光熔覆工艺参数等提供了依据。     

钛合金表面纳米氧化铈增强MCrAlY熔覆涂层组织

采用激光熔覆技术在钛合金表面制备了纳米氧化铈增强MCr Al Y涂层。利用SEM、OM和XRD等手段,分析了其微观组织和相组成,并与未加纳米氧化铈的涂层进行了对比。结果表明,添加纳米氧化铈后,涂层形状由激光熔覆典型的双弧状转变为扁平状,稀释率由57.9%下降为36.3%,而涂层组成相则基本未发生变化;同时,熔覆层中以树枝状析出的β-Ti变短变小,胞状组织Ni3(Al,Ti)的成分更加均匀,裂纹和孔洞等缺陷被消除;此外,尽管稀释率在下降但其过渡区和平面晶区宽度却有所增大。