超高速激光熔覆涂层成形及关键性能研究进展

超高速激光熔覆是新兴的表面涂层技术,通过粉末和激光的最佳耦合实现熔覆效率的大幅提升,相比传统激光熔覆涂层可以获得更优质的表面质量,且对基材损伤更小。通过分析超高速激光熔覆的原理及技术优势,并与传统激光熔覆技术特点进行对比,总结了激光功率、扫描速率、送粉速度以及搭接率对熔覆层成形的影响,详细介绍了超高速激光熔覆涂层的硬度、耐磨、耐蚀等关键性能的研究现状,并且列举了国内外对超高速激光熔覆技术在工业应用现状。最后,基于目前的研究进展,指出目前对于超高速激光熔覆涂层和基体界面结合状态及涂层构件力学方面处于研究空白,并对该技术的发展提出展望。以期为超高速激光熔覆技术的广泛应用提供理论支持。     

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。     

镍铁铝混合粉末的激光熔覆冶金研究

为了利用高能激光束将镍、铁、铝金属单质的混合粉末快速熔融,得到高性能的镍铁铝合金,并直接用于熔覆,采用激光3-D打印的金属粉末成型的方法,用一台中低功率的光纤激光器,以工程中常用的轧制不锈钢板为基底,研究了一定比例的镍、铁、铝混合粉末的熔覆冶金情况。通过优化激光工艺参量（激光频率、扫描速率、激光功率和离焦量）组合,得到了质量良好的单道熔覆结果。通过激光共聚焦显微镜、晶相显微镜以及扫描电子显微镜等检测手段,对熔覆条的宏观形貌和微观组织进行观察。结果表明,可获得良好的无气孔无裂纹的合金组织,且合金与基板形成了良好的冶金结合;熔覆层硬度低于基板硬度30HV左右,但截面硬度分布均匀。该研究有助于得到各向性质统一的冶金层。     

激光熔覆Ti／C混合粉末的工艺研究

选用Ti/C混合粉末为熔覆材料,脉冲YAG激光作为辐照源,对钛合金表面进行了激光熔覆实验.研究了激光工艺参数(包括脉冲频率、脉冲宽度、扫描速度等)对熔覆层物相的影响.选取合适的工艺参数,改变Ti/C的成分配比,探寻生成TiC的最佳工艺组合和熔覆材料的成分配比.对熔覆样品采用XRD方法进行了物相分析.结果表明,能生成TiC的最佳工艺组合为脉冲宽度为3.0ms,脉冲频率15Hz,扫描速度为1mm/s左右,搭接率为40%左右.在此工艺下,Ti:C的最佳比例为7:3(质量比).在上述条件下,可在钛合金表面原位生成以TiC陶瓷为主的增强相.     

激光熔覆立铣刀的制造研究

采用同步送粉激光熔覆方法，在45#钢立铣刀坯材的刃带部位，熔覆一层钴基自熔合金作为立铣刀的加工刃。研究了激光熔覆工艺参数对激光熔覆层形状和开裂的影响，结果表明，熔层宽度的关键因素是激光的有效光斑尺寸，它是由激光功率密度与熔覆速度决定的；熔层高度的关键因素是粉末的线送粉速率，它是由送粉器的送粉速率与熔覆速度的比值决定的；提高激光功率可显著降低熔层开裂倾向。同时，薄的熔层形状可以降低熔层开裂的倾向。进行了激光熔覆立铣刀工装设备．和工艺研究；采用优化工艺，在45#钢铣刀坯材上熔覆成功无裂纹，成型良好、硬度分布满足使用要求的功能层；通过了国标GB／T122．4．3-90规定的立铣刀切削性能试验。以激光熔覆新工艺完成了立铣刀的制造。     

纯Cr粉末激光熔覆性能研究

利用激光在PCrNi3Mo钢上熔覆纯Cr粉末。结果表明,激光熔覆层与基体发生了冶金结合。熔覆层具有较高的硬度和良好的耐磨性。     

送粉激光熔覆时激光与粉末的交互作用

通过建立粉末在激光照射下的热传导模型，用有限差分法计算了不同合金、不同粒度的粉末在不同激光功率密度作用下的温度变化，通过实验验证得出各种粉末在不同激光功率下的临界熔化时间和相应的临界激光扫描速度。     

宽带激光熔覆粉末有效利用系数的分析

推导出激光熔覆过程中粉末有效利用系数表达式 ,并利用金相法检测的相关参数对粉末有效利用系数进行了计算。结果表明 :单位时间、作用时间、单位长度熔覆层粉末有效利用系数具有相同的方程形式 ,均随扫描速度的增加而增大 ,随送粉速率的增大而增大     

柱塞Co基粉末激光熔覆工艺研究

为增强1Cr18Ni9Ti不锈钢零件的硬度及耐磨性,采用激光熔覆技术在其表面制备Co基合金熔覆层。利用光学显微镜,分析了熔覆层的微观组织;应用显微硬度计测试了熔覆层的硬度;应用浓度为2%的硝酸溶液做腐蚀剂,测试了熔覆层的耐腐蚀性。并与等离子热喷涂、Ni基合金熔覆等其它表面改性技术进行比较,结果表明:1Cr18Ni9Ti不锈钢柱塞Co基合金激光熔覆层硬度达到HV520,具有较好的耐磨性,其抗酸腐蚀性能也达到检验标准要求。     

铁基合金粉末的激光熔覆性能实验研究

通过用配置的铁基合金粉末针对不同的基体材料的多次激光熔覆实验,得出熔覆层硬度因熔池的快速冷却得到极大提高.分析显示熔覆层组织主要为富C、B、Si的树枝晶和Fe-Cr马氏体组织.相变体积的膨胀可抵消部分热收缩应变,可得到大面积高硬度无裂纹涂层.随试件体积和热容的增大,熔池冷却速度加快,一次性枝晶减少,马氏体的过饱和度增大,涂层硬度进一步提高.耐磨对比试验证明,铁基合金熔覆层和Cr12淬火基体相比,耐磨性有较大提高.     

基于水辅助激光加工的水层流动特性的研究

为了研究水辅助激光加工靶材上方水层流动的特性,采用流体动力学分析软件FLUENT,对3种不同结构的水辅助激光加工的水流装置进行建模仿真,分析了靶材上方流体的速度场,并对结果进行对比分析。结果表明,由垂直于靶材上方的速度位置图的分析可知,装置结构的差异使得流场也具有差异性; 靶材上方1cm以内位置,流体速度平稳,有利于传输激光,排出熔渣和放置加工材料。这对选择水辅助激光加工构建控制水层流动的装置提供了理论依据。     

基于序列脉冲激光法高速空气流场速度的研究

针对高速空气流场中气体瞬时速度的非接触测量,提出采用序列脉冲作为光源的拉曼激发-激光诱导电子荧光(YRELIEF)法,通过对其测量原理的分析、激光器件及测量系统的选择、主要部件的设计及最终的实验研究,得到系统的最佳参数及风洞流场的标记图像.研究结果表明,本文提出的方法是风洞高速不稳定流场速度非接触测量的最佳方案之一,在...     

送粉激光熔覆WC陶瓷层的高温组织与性能

实验研究了Co基自熔合金、Ni基自熔合金+WC、Co基自熔合金+WC激光熔覆层在不同温度下的显微组织和各种化合物的硬度,结果表明三种材料在相同激光熔覆工艺参数下获得的熔覆层的高温显微组织、性能存在很大的差异,Ni基自熔合金+WC在700℃时硬度开始显著降低且显微组织发生很大变化,而Co基自熔合金和Co基自熔合金+WC在700℃时才开始发生变化且变化幅度较小。同时证明WC在加热过程中硬度没有显著降低。实验结果对获得具有抗高温粘着磨损的激光熔覆层有重要的理论和实际意义。     

光电跟踪系统高速运动目标快速跟踪算法

为了解决光电跟踪系统中高速运动目标快速识别、准确定位的问题,在深入研究相关跟踪算法的基础上,提出了一种基于分块模板相关跟踪与自适应波门相结合的快速跟踪算法,该算法利用分块矩阵与大模板矩阵之间的关系,得出了在四分块的情况下,计算量为原来的1/4,搜索范围为原来的4倍,大大提高了计算速度和搜索范围,且具有原始相关算法的高的跟踪精度,可以实时快速的跟踪上高速运动目标。     

W6Mo5Cr4V2激光熔覆陶瓷涂层显微组织及性能分析

采用2kW的CO2激光束在W6Mo5Cr4V2高速钢表面熔覆陶瓷层材料,表面会形成三维网络状的陶瓷层,并经过淬火、回火热处理。研究结果表明,高速钢的高强度、高韧性结合高性能的陶瓷层,可形成一个良好的硬化层分布,其最高硬度可达1887HV,其耐磨性比常规淬、回火组织高约(3～7)倍。其高温硬度(红硬性)及回火稳定性均有所提高。     

激光辐照高速飞行物体壳体温度的理论计算

从描述对流换热的基本微分方程组出发，通过边界层分析，给出飞行物高速飞行时的气加热效应与飞行参数、大气环境的关系，以及飞行物体高速飞行的气动加热效应对飞行物体壳体温升的影响。并结合飞行物体的飞行状态，计算了飞行物体受连续波激光辐照对壳体温度的时间关系。     

激光在焊接电弧高速摄像技术中的应用

建立了以激光为背景光源的高速摄像系统,该系统包括焊接平台、焊接设备和摄像装置三部分。介绍了电弧高速摄像的关键技术。包括光路的设计、背景光源的选择和弧光的消除等。利用此系统可在线观测和监控焊接过程。     

激光熔覆Ni/WC涂层温度场及形貌模拟

根据同轴送粉激光熔覆的特点,利用有限元软件ANSYS模拟温度场的动态过程,采用生死单元法求得熔覆层形貌的三维模型,模拟中加入了熔覆粉末的温升、激光的衰减、相变潜热以及温度对材料热物理性能的影响等因素的影响作用,并且对温度场的结果进行了分析和试验验证。结果表明,熔池前方温度梯度比后方大,熔池最高温度在短时间之后会基本保持稳定。在高锰钢表面采用4000 W多模光纤激光器熔覆镍包WC复合粉末,涂层组织主要为细化树枝晶,通过对熔覆层横截面形貌、组织形貌、温度场分布的观察分析,验证了模拟结果的准确性,可作为制备涂层的工艺的理论参考。     

激光熔覆专用铁基合金粉末的研究进展

指出了目前防止熔覆层开裂所采取的主要措施中存在的问题,阐述了激光熔覆和热喷涂对于所用合金粉末性能要求之异同,评述了激光熔覆专用铁基合金粉末的研制现状,提出了成分与组织设计的新思想。     

应用ABAQUS模拟激光焊接温度场

为了减小焊接变形,优化焊接工艺,需要准确预测激光焊接过程中温度场的分布情况,使用有限元模拟来预测温度场的分布是一种较好的方法.通过分析和总结激光焊接过程有限元模拟和理论分析的研究现状,以平板的焊接为例,建立了物理模型,并利用ABAQUS进行了激光焊接三维温度场的有限元模拟,讨论了模型的网格划分、边界条件及其模拟结果的后处理.模拟结果可以给出试件上任意一点任意时刻的温度情况,在激光功率为2000W、焊接速度为20mm/s的参数下模拟焊接2mm厚的A3钢板.结果表明,最高温度为3100℃左右,距焊接中心横向mm处A点的最高温度为150℃左右,与相同参数条件下的实验结果基本一致,说明有限元模拟可以准确预测焊接过程的温度场分布情况.