同轴送粉和压片预置激光熔覆NiCoCrAlY涂层工艺比较

采用同轴送粉与压片预置激光熔覆工艺制备NiCoCrAlY涂层, 对两种激光熔覆工艺粉末利用率、涂层稀释率、熔覆层硬度及熔覆层微观组织形貌进行了比较。结果表明, 在涂层界面能形成良好冶金结合的优选工艺参数条件下, 同轴送粉激光熔覆粉末利用率和加工参数密切相关, 最高不超过0.4, 而压片预置激光熔覆粉末利用率高于0.9; 同轴送粉激光熔覆制备涂层熔合区为垂直于界面的柱状晶, 上部为均匀的等轴晶, 压片预置激光熔覆涂层的枝状晶贯穿整个涂层; 但是压片预制熔覆涂层的硬度略低于同轴送粉熔覆涂层。     

激光熔覆Ta-W合金涂层工艺方法研究

采用预置涂层和同轴送粉激光熔覆方法,分别以Ta/W混合粉末和纯W粉末为熔覆材料,纯Ta为基底,在Ta板上制备Ta-W合金涂层,对难熔金属材料的激光熔覆工艺方法进行了对比研究。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及显微硬度计对两种方法所制备熔覆层的微观组织和显微硬度进行了分析。结果表明,预置粉末法激光熔覆层厚度均匀,稀释率低,涂层内部为粗大的Ta-W合金固溶体组织,熔覆层平均硬度为1500HV,高于基底10倍。同轴送粉法激光熔覆层与基底呈良好的冶金结合,熔深较大,涂层内部为致密细小的树枝状Ta-W合金固溶体,均匀分布于Ta中。涂层平均硬度为800HV,为基材的5倍。     

Ni基合金+WC激光熔覆层再加热时的显微组织变化特性

采用Ni基自熔合金+块状WC混合粉末进行送粉激光熔覆并获得熔覆层,对熔覆层在不同温度下加热后空冷至室温,观察相应熔覆层的显微组织变化,结果表明：Ni基自熔合金+WC送粉激光熔覆层不适合在500℃～900℃再加热处理,再此温度区间对熔覆层再加热会导致块状WC出现裂纹。Ni基自熔合金基体的显微组织在700℃以上开始不稳定,发生形态和显微组织结构的变化。熔覆层中的块状WC加热至900℃以上时裂纹会被自行焊合,温度继续升高,块状WC会发生离散,分化成细小的WC颗粒,产生这种现象的根本原因是块状WC具有先天的超细纤维、颗粒混合结构。     

镍基合金+WC激光熔覆层的显微组织形成机理及控制

采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析等手段对镍基合金+WC熔覆粉末颗粒的颗粒种类、颗粒粒径、不同种类颗粒的分布及镍基合金+WC激光熔覆层内各种组织的不均匀分布进行了研究。根据热平衡原理建立了熔覆材料颗粒半径、激光束功率密度和熔覆材料颗粒加热温度之间的定量关系式,提出通过控制各种熔覆材料颗粒大小来实现设计与控制送粉激光熔覆层的显微组织,并以WC与N i基自熔合金混合粉料为熔覆材料,对获得的熔覆层的显微组织进行分析,证明了所提出的熔覆层显微组织的设计与控制方法的可行性与实用性。     

激光熔覆制备钛基耐磨功能梯度材料

以Ti, 陶瓷粉末和镍基自熔合金粉末按一定比例配置的混合粉末作为预置合金涂层，采用CO2气体激光进行多层熔覆，在Ti600合金表面制备出摩擦磨损性能沿厚度方向呈梯度变化的钛基功能梯度材料(FGM)。利用扫描电镜(SEM)及X射线能谱仪(EDX)分析了材料的微观组织和成份。结果表明，采用合适的合金粉末成份和激光熔覆工艺参数，可以获得原位自生TiC增强颗粒弥散分布且其含量呈梯度变化的钛基功能梯度材料。熔覆层组织均匀细密，各熔覆层之间无明显界限，且与基体呈良好冶金结合。     

激光熔覆孔式同轴送粉系统设计及实验研究

为了解决送粉激光熔覆系统中因重力作用发生偏聚及水冷效果差等问题,采用以激光束轴心为中心轴圆周均匀分布送粉孔的方法,没计了一系列孔式同轴送粉喷嘴(主要结构包括激光束通道、保护气体通道、水冷通道、气载送粉通道),从而获得良好的粉末流形态,提高送粉激光熔覆的质量。用该系列喷嘴在竖直(90),60,30和水平(0)等工况下进行粉末汇集性实验,发现粉末汇集效果良好。通过对Ti和Ni粉末、工具钢和等材料进行熔覆实验,送粉系统输送的粉末稳定、均匀,得到的熔覆样品表面光滑、熔覆层组织均匀,熔覆层与基体呈冶金结合。结果表明,孔式同轴送粉系统较好地满足了激光熔覆对送粉喷嘴的要求,并且能用来进行多种元素粉末的材料合成。所开发的送粉系统适用于材料表面改性和熔覆3维制造。     

高温合金K403的激光熔覆研究

研究了高温合金K403基体上商用镍基自熔合金和自配无硼、硅元素镍基合金的激光同步送粉熔覆过程,分析了基体组织状态、熔覆层材料和熔覆工艺参数对熔覆层裂纹倾向的影响,探讨了激光熔覆技术强化和修复高温合金叶片的可行性。研究发现,激光熔覆时大多数裂纹是从基体侧形成后深入到熔覆层中,而基体组织中缩松等铸造缺陷及晶界低熔点共晶的存在是熔覆层开裂的重要原因。采用无硼、硅元素合金熔覆改善了结合区性能,与自熔合金相比,有助于改善熔覆层裂纹倾向。加入适量稀土氧化物有助于减少或消除裂纹。熔覆工艺参数对裂纹产生的影响较大,存在一个无裂纹参数选择范围。研究证明,高温合金基体上熔覆无硼、硅元素合金更易于消除熔覆层裂纹,实现强化与修复更具优势。     

机器人光纤激光45#钢面铁基粉末熔覆工艺研究

用机器人光纤激光系统, 在45#钢表面作Fe316L铁基粉末激光单道和多道的同轴同步送粉熔覆, 以提高材料表面的硬度及耐磨性能。用金相显微镜对熔覆层剖面分析测量, 用维式硬度计对基材和熔覆层显微硬度测量结果表明: 用光纤激光同轴同步的复合送粉嘴做单道激光熔覆时, 选700～950 W的激光功率及60%的搭接率, 能获得合适的稀释率(35%～55%)和熔覆层厚度(1.25～1.70 mm); 有效的消除了搭接处微裂纹和气孔等组织缺陷; 试样熔覆层显微硬度显著高于基材硬度, 达二倍以上。     

板坯结晶器表面激光熔覆强化研究

使用自行配制的Ni基合金粉末和混合加入适量其他功能性粉末,采用基体预热和激光同轴送粉熔覆技术,进行在板坯结晶器母体表面熔覆强化的试验研究.结果表明,通过基体预热和激光同轴送粉熔覆强化,可以有效减小预铺再熔覆产生的较多的孔缝现象;可以通过粉末配制控制熔覆层的成分构成,且熔覆层组织致密、均匀,呈典型的快速凝固现象;熔覆层与基体元素相互渗透和稀释,得到了具有良好冶金结合与高致密度的结合过渡区,而且基体稀释率很小;通过此种强化处理可明显提高结晶器的耐磨性和耐蚀性.     

大功率半导体激光熔覆高速钢研究

使用2kW半导体激光在工具钢表面熔覆高速钢粉末。在同轴送粉的粉末汇聚点与激光的聚焦点可获得无裂纹的熔覆层。随着激光功率的增加,熔覆层厚度和粉末利用率增加,同时基体对熔覆层的稀释率下降。获得的熔覆层的硬度达到800Hv0.3,基体硬度200Hv0.3,表明大功率半导体激光在表面熔覆领域具有很好的应用前景。     

激光熔覆制备Stellite6涂层的组织与性能

基于激光熔覆同轴送粉技术,在2Cr13不锈钢表面制备了Stellite6合金涂层,研究了工艺参数对涂层宏观形貌的影响,分析了涂层的显微组织和显微硬度。研究结果表明:在激光功率为2.5 kW,扫描速度为5 mm/s,送粉速率为13.2 g/min,搭接率为38 %时,可获得平整无缺陷的Stellite6涂层。熔覆层可分为一次熔化区、道间重熔区和层间重熔区。熔覆层的组织主要由胞状晶和树枝晶构成;相比于一次熔化区,道间重熔区和层间重熔区的组织较为粗大。通过合理调整道间停留时间和层间停留时间,可使熔覆层周期性循环组织中的一次熔化区的组织占比从54.9 %提升至73.1 %,从而提升熔覆层的整体硬度。     

同轴载气送粉激光熔覆粉末流参数研究

同轴气动送粉激光熔覆过程中,金属粉末落入熔池的速度、浓度的分布等物理参数对熔覆层的形貌有一定的影响。DPIV(d igital partic le im age veloc im etry)是试验确定粉末流运动规律的有效方法,通过建立DPIV试验装置,对同轴载气送粉装置输送的粉末的速度、浓度进行了取值计算。结果表明,随气体流量的增加粉末的浓度有一定的减少。沿z轴方向,存在发散汇聚在发散的变化,粉末粒子流量与粒子速度在一定范围内有线性关系,超出Mp=0.33g/s~0.83g/s,Vp=0~1.3m/s范围,其影响将减弱。     

激光熔覆同轴送粉喷嘴研究

送粉喷嘴作为送粉系统的关键部件之一,直接影响着激光熔覆的效果。随着激光熔覆技术的发展,国内外对送粉喷嘴进行了深入研究,研制出了多种新型送粉喷嘴,都有效地提高了熔覆效果和粉末的利用率。简要概括了国内外对于同轴送粉喷嘴的研究进展以及送粉原理,分析了现有同轴送粉喷嘴现状,指出了现有送粉喷嘴存在的不足,提出加强送粉喷嘴的设计是加速送粉激光熔覆发展的关键问题之一,并对同轴送粉喷嘴的前景进行了展望。     

激光再制造三维运动光束头

基于激光制造技术相关理论，设计并制造了激光同轴转动三维运动光束头。分析了三维运动光束头工艺参数对熔覆效果的影响，并讨论了其在工业应用实验中取得的效果。结果表明，该三维运动光束头能绕竖直轴转动和水平轴摆动;在参数一定的条件下，随着光束头摆动角度的增加，熔覆效果越来越不理想，理想的摆动角度为0°～45°;配合送粉头的粉末流聚焦及焦点可调功能，该光束头可以实现曲轴、螺杆、叶片等复杂型面零件的制造和再制造。     

球墨铸铁激光熔覆镍基合金的研究与应用

用DL—HL—TH500型高功率横流CO2激光器,采用同步送粉法在球墨铸铁上激光熔覆镍基合金,结果显示,熔覆层表面质量较好,在熔覆层内裂纹、疏松、气孔等缺陷极少：合金层的显微组织比基体组织明显细化,与基体形成冶金结合,合金层显微硬度高于基体材料。采用该技术对贵重零部件进行激光熔覆修复实践表明,经修复后的零件满足使用要求,达到预期的效果。     

同步送粉大功率激光表面宽带熔覆技术

报道通过积分镜将激光光束聚焦成宽光带、配合同轴保护矩形送粉喷头实现大功率激光宽带熔覆的装置及其工艺试验结果,激光功率为14kw时,单道熔覆层宽度达45mm,厚度达3mm,熔覆层表面平整,厚度均匀.     

激光熔覆同轴送粉喷嘴研制

针对现有送粉喷嘴粉末汇聚性差、出粉口容易堵塞以及受热变形的缺点,设计了一种四孔式同轴送粉喷嘴。喷嘴中央为激光束及保护气通道,沿中心锥孔轴向均布的4个小孔,为粉末通道。建立了数值计算模型,应用FLUENT软件对粉末通道不同出口形状和不同倾角条件下粉末流场情况进行数值模拟,选择最优方案。计算结果表明,在其他工艺参数一定的前提下,采用收缩出口与粉末通道倾角为70°时有利于改善熔覆成形效果。最后利用研制的送粉喷嘴进行粉末汇聚、激光熔覆成形等实验,验证该送粉喷嘴的实验效果。     

送粉激光熔覆ZrO2/Ni60复合涂层工艺与性能

采用送粉激光熔覆工艺分别制备了含 5 %和 10 %氧化锆陶瓷的强韧化镍基自熔合金涂层 ,考察了氧化锆含量 ,以及工艺参数对熔覆层组织结构与性能的关系 ,结果表明 :氧化锆掺杂涂层的组织特征取决于熔池的流动性 ,由于氧化锆的密度较镍基自熔合金的要小许多 ,因此在激光束提供的能量超过一定量之后 ,则会出现分层的组织结构 ,反之则可获得均匀的两相复合组织结构。最后给出了获得均匀组织结构的工艺方案     

基于离焦技术的光内送粉堆积变径体壁厚控制研究

分析了光内同轴送粉激光熔覆技术堆积变径回转体时壁厚"越堆越薄、薄厚不均"现象的成因,提出控制离焦量来逐层补偿熔池液态金属流失的方法,以保持熔覆层宽度不变。基于大量的实验数据得出离焦量变化量与变径回转体斜率之间的关系式,从而可在堆积过程中根据变径回转体斜率的变化实时控制离焦量的变化。通过实时控制离焦量,同时控制送粉量与激光功率,得到了表面质量较好、壁厚均匀的几个典型的变径回转体。成形件的金相组织细密,力学性能优良。对成形件进行了硬度测量,总体硬度相对基体较高且分布均匀。