激光内送粉高速熔覆Cr50Ni合金稀释率及单道形貌分析

目的研究"光内送粉"正离焦高速熔覆Cr50Ni合金单道形貌及稀释率变化影响因素,制备耐磨、耐腐蚀绿色无污染的金属表面涂层,从而替代传统电镀。方法采用"光内送粉"正离焦新型耦合技术开展高速熔覆工艺试验,即在304不锈钢基体上制备Cr50Ni合金熔覆层。建立了光内送粉条件下粉末遮光模型,得出了送粉速率与粉末遮光率的关系,从而得到最终照射在基体上的激光能量,而激光能量密度与稀释率呈正相关,以此分析了不同送粉速率对熔覆层稀释率的影响,同时考察了不同离焦量对熔覆层稀释率以及单道熔覆厚度的影响,分析了最佳熔覆层的显微组织成分变化和硬度变化趋势。结果当扫描速度为9 m/min、离焦量为+1～+2 mm、激光功率为1.85 kW时,可获得厚度约为121～452μm、稀释率为12.9%～75%、硬度值为280～320HV的表面形貌较好的熔覆层。粉末粒子直径为50μm时,在16～32g/min送粉速率下,粉末遮光率为16.6%～33.1%。熔覆层底部的晶粒形态主要为明显的柱状枝晶,由于冷却速度快,进入熔池中的气体来不及逃逸,使得熔覆层内部存在一些微小气孔。结论 "光内送粉"正离焦光粉耦合新技术采用Cr50Ni合金材料,在激光功率为1.85 kW、送粉速率为28 g/min、离焦量为+2 mm、扫描速度为9 m/min的工艺参数下,可以获得理想的单道成形效果,实现高速熔覆。     

基于均匀设计的铁基合金粉末激光熔覆工艺参数优化

为了在Q235钢基材上制备出性能优良的铁基合金熔覆涂层,开展基于均匀设计的铁基合金粉末激光熔覆工艺参数优化方法研究.根据熔覆机工艺能力和实践经验选取待优化工艺参数范围,运用均匀化设计方法产生混合水平实验表.采用“光内送粉”在Q235钢基材上制备铁基合金(Fe45)熔覆层,利用超景深显微镜和维式显微硬度计分析了熔覆层的表面形貌、稀释率及硬度.基于实验数据逐步回归分析扫描速度、离焦量、激光功率、送粉速度对熔覆层稀释率和显微硬度的影响.结果 表明:不同工艺参数对熔覆层的稀释率及显微硬度具有显著影响;回归分析的三次多元多项式适合于表征工艺参数对熔覆层稀释率和显微硬度的影响规律,回归方程的交互项表明扫描速度、离焦量、激光功率、送粉速度的交互作用影响着稀释率和显微硬度;对稀释率和显微硬度进行数学回归,分析发现该铁基合金粉末的激光熔覆最佳工艺参数为:扫描速度7 mm/s、离焦量2 mm、送粉速度22 g/min、激光功率2.7 kW.验证实验表明,以最优参数制备的熔覆层硬度均匀度高、与基材形成了连续的白亮凝合线,无裂纹及气孔,熔覆层整体质量较好.     

双线斑激光内送粉宽带熔覆温度场数值模拟与工艺研究

目的 研究双线斑激光内送粉宽带熔覆温度场分布特性及其工艺参数对熔覆层形貌和几何特征的影响,为双线斑激光内送粉宽带熔覆在工件表面的强化、修复、改性以及宽带成形的应用提供试验与数据参考。方法 基于半椭球体热源模型,利用ANSYS软件对单道宽带熔覆过程中的熔池温度场进行数值模拟,并结合工艺试验分析离焦量、送粉速度、激光功率、扫描速度对熔覆层形貌和几何特征的影响。结果 利用半椭球体热源模型进行的数值模拟能够较为合理地反映出双线斑激光内送粉宽带熔覆过程的温度场分布,在离焦量为0 mm和负离焦量下,熔覆单道的温度分布云图均呈“带式彗星”状,熔覆层横截面上的高温区域呈现“平底形”分布,纵切面上的高温区域呈“V”形和不对称的“W”形,且两者随着深度的增加,均逐渐过渡到半椭圆形;离焦量、送粉速度、激光功率和扫描速度对熔覆层的宽度、厚度、稀释率及表面平整度都有很大的影响。结论 “带式彗星”状的熔覆单道温度分布,使得熔池前方温度梯度较大,后方温度梯度较小。横切面上“平底形”温度分布可以强化熔覆层与基体在宽度方向上的结合程度。在304不锈钢基板上熔覆KF-355金属粉末,选取离焦量为0 mm、送粉速度为45 ...     

激光感应复合熔覆的界面形态及其作用

采取送粉激光感应复合熔覆方法,对激光和感应两种能量不同配比的不同工艺进行实验,研究了不同工艺制备的Ni基熔覆层与钢基体结合界面的组织形貌、复合熔覆层横切面上化学成分及显微硬度的变化,探讨了其界面特征及影响因素。研究结果表明:复合熔覆交界面处白亮层的形成与熔覆能量直接相关,当复合熔覆能量较高时,在界面处形成Fe-Ni-Cr单相固溶体组织,熔覆层显微硬度下降;当复合熔覆能量较低时,在白亮层两侧形成不同的固溶体组织,熔覆层显微硬度较高。激光感应复合熔覆中,Ni基熔覆层与钢基体形成了基于化学成分扩散和材料互混的冶金结合,基材中的Fe元素向熔覆层的迁移量较大。     

工艺参数对激光熔覆NiWC25合金粉末的影响

在激光熔覆NiWC25合金粉末修模过程中,激光功率、送粉电压、扫描速度等工艺参数对激光熔覆层的显微硬度和熔覆层增加高度具有重要影响。通过试验探究了5组不同激光功率(300、500、700、900和1100 W)对熔覆层最大显微硬度和增加高度的影响规律,同时,分别采用5组不同的送粉电压和5组不同的扫描速度得出了单一工艺参数对激光熔覆层最大显微硬度和增加高度的影响规律。结果表明,当激光功率300 W和送粉电压3 V时熔覆层的显微硬度小于600 HV,其它单一工艺参数下熔覆层的最大显微硬度相差不大,大都集中在780～820 HV。当送粉电压和扫描速度的比值相差不大时,熔覆层的增加高度无太大变化。     

激光熔覆工艺理论与试验研究

通过理论和试验研究了激光熔覆过程中粉末流对激光功率的衰减、激光熔覆所需的激光功率及形成熔池的宽度、形貌、熔覆带横截面轮廓等。试验结果发现:在激光熔覆过程中,粉末对激光功率的衰减程度取决于送粉率、气流速度、激光束、粉末流的发散角、腰斑的位置与直径、粉末颗粒直径和激光束穿过粉末流的深度;激光功率下限值与光斑直径、扫描速度及材料熔点等热物理特性有关;在一定的简化条件下,激光单道熔覆形成的熔池宽度是工艺参数和材料特性的函数,较低功率的激光在基板上熔覆时,熔覆带横截面轮廓上各点的高度由粉末浓度分布及熔池内相应点处于液态的时间决定。     

外圆表面送粉激光熔覆ZrO2/Ni60A复合涂层组织及硬度

在304不锈钢外圆表面激光熔覆镍基氧化锆金属陶瓷粉末,对激光工艺参数优化,制备工艺性能良好的熔覆层。研究了激光工艺参数对熔覆层宏观形貌、显微组织和硬度分布的影响。结果表明:激光功率为1.5 kW时,涂层硬度最佳;随着扫描速度的增大,熔覆层的组织有细化的趋势;通过优化扫描速度,可得到显微硬度较高,且沿熔覆层表面垂直方向的硬度分布变化不大的熔覆涂层。     

光内送丝激光熔覆工艺送丝速度的研究

在45钢基体上采用不同的送丝速度进行光内送丝激光熔覆实验,建立了金属丝在整个融化过程中的熔滴模型和熔池模型,对这两种模型进行了理论分析,并且与实验结果进行对照,进而根据实验结果对熔覆层进行了微观分析与显微硬度的测量。结果表明:在扫描速度和激光功率保持不变的条件下,送丝速度直接影响熔池的稳定性,对熔覆层形貌和显微组织起到重要作用。     

匙孔效应对激光熔覆层横截面几何形貌的影响研究

目的 研究匙孔效应在不同激光功率、扫描速度和送粉速率工艺参数下,对熔覆层横截面形貌的影响规律,并揭示匙孔对基体的作用机制。方法 利用光束模式为高斯光束分布的YLS-3000光纤激光器进行熔覆镍基高温合金Ni35实验。利用光学显微镜（OM）采集熔覆层横截面宏观形貌,并用金相分析软件以及计算机辅助绘图软件对熔覆横截面参数进行测量。结果 随激光功率的增加,匙孔深度增加;随送粉速率和激光扫描速度的增加,匙孔深度减小。随送粉速率的增加和激光功率的减小,熔覆层横截面左右垂直段高度值（H2和H4）减小;随扫描速度的增加,H2和H4先增加再减小。在激光熔覆过程中,当基体没有形成匙孔时,H2和H4的值为零,熔覆层与基体混合区域的横截面形貌为月牙形;当在基体中形成匙孔时,H2和H4的值大于零,熔覆层与基体混合区域的横截面形貌为蘑菇形。结论 在激光熔覆过程中,不同激光功率、扫描速度和送粉速率工艺参数对匙孔的影响机制不同。匙孔效应的强弱显著影响熔覆层横截面参数H2和H4的大小,进而影响熔覆层形貌。     

钛合金表面激光熔覆镍基涂层质量分析

通过在钛合金表面激光熔覆镍基涂层,探讨了扫描速度对熔覆层宏观形貌的影响,激光能量密度对熔覆层微观组织的影响,WS2添加量对熔覆层宏观形貌、成型质量、组织均匀性和显微硬度的影响。结果表明:随扫描速度的提高,钛合金表面激光熔覆层的宽度、高度和基底熔深均减小。随熔覆材料中WS2含量的增加,熔覆层形貌从凸起型过渡为凹陷型,且粉末利用率降低;熔覆层裂纹和气孔等缺陷变多;微观组织均匀性变差。添加WS2的熔覆层显微硬度低于Ni60熔覆层。     

超声辅助对激光熔覆Al2O3-ZrO2陶瓷涂层力学性能的影响

目的 探究超声辅助对钛合金表面激光熔覆Al2O3-ZrO2陶瓷涂层力学性能的影响。方法 使用COMSOL Multiphysics仿真软件,探究熔覆工件中有无超声作用下流场的变化,并将超声波直接引入熔池微区,研究超声辅助对Al2O3-ZrO2陶瓷涂层截面形貌、微观组织、元素分布、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果 仿真结果表明,无超声时熔池横截面涡流大小呈对称状,流速较为缓慢,超声辅助下熔池截面的声速大小瞬时变化,熔池内流体的流速提高。实验结果表明,超声辅助下,熔覆层的截面形貌发生了一些变化,但抑制了熔覆层裂纹的产生。熔覆层晶粒尺寸细化,尤其是当激光功率为1700 W时,晶粒尺寸最小且相对更加致密;熔覆层内元素分布更加均匀,且界面效应降低。熔覆层的力学性能提高,激光功率为1700 W时,熔覆层平均显微硬度值为979.4HV0.2,相同激光功率下,超声辅助的熔覆层具有更大的平均显微硬度值。超声辅助下熔覆层的摩擦系数和波动幅值都较小,激光功率为1700 W时的摩擦系数最小(约为0.329)且波动较为平稳。结论 超声波直接引入熔池微区可以有效提高熔池的流动性,同时细化了晶粒,均匀化了元素分布,提高了熔覆层的力学性能。     

激光熔覆镍基熔覆层截面形貌预测

利用BP神经网络建立激光熔覆关键工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉电压、送粉载气流量)与熔覆层截面形貌(熔宽、余高)的预测模型。以激光熔覆工艺参数为输入,熔覆层的截面形貌为输出,利用工艺试验数据对网络进行训练,实现对输入和输出的高度映射。结果表明,BP神经网络可以较好地对熔覆层形貌进行预测,同时双隐藏层BP神经网络模型预测结果误差波动更小,表现出优良的稳定性,最大预测误差相比单隐藏层神经网络大大降低。     

钴基合金等离子熔覆工艺研究与优化

目的优化钴基合金等离子熔覆工艺参数,提高熔覆层的成形质量。方法以熔覆于Q235钢表面的多道钴基合金耐磨涂层为研究对象,开展正交试验,利用MIRA3X-MHX型扫描电子显微镜分析涂层组织结构及不同区域的物相成分,采用KEYENCE VHX-5000超景深显微镜和HXD-1000TMC/LCD维氏显微硬度计对熔覆层表面平整度和横断面的显微硬度进行测量分析,并结合灰关联分析法和极差分析法,探究工作电流、扫描速度和送粉速度对熔覆层表面平整度和显微硬度的综合影响,优化出最佳工艺参数组合。结果工作电流对熔覆层成形质量的影响最为显著,其次是扫描速度、送粉速度。各组熔覆层横断面纵向显微硬度的波动情况大致相同,且最大显微硬度均出现在距离上表层约0.4 mm处,熔覆层平均显微硬度是基体材料的3倍多。熔覆层中上部的组织结构分布均匀且致密,随着熔覆层深度的增加,熔覆层稀释率呈增大趋势,显微硬度逐渐降低。在工作电流为95 A、扫描速度为90 mm/min、送粉速度为12r/min的工艺参数下,熔覆层与基板结合良好,无气孔和空隙,横断面平均显微硬度较高,且熔覆层表面较为平整。结论经等离子熔覆成形质量工艺参数优化后,熔覆层表面性能有效提高,该结果可为等离子熔覆技术应用于易磨损工件的耐磨性研究提供参考。     

激光熔覆(Ni60+NbC)+h-BN@Cu涂层组织与性能研究

目的 通过添加铜包覆六方氮化硼(h-BN@Cu)粉末,改善激光熔覆Ni基NbC涂层的性能。方法 采用激光熔覆技术,使用添加不同质量分数铜包覆六方氮化硼的镍基碳化铌复合粉末,在45钢基体表面沉积镍基复合涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)设备,研究h-BN@Cu对Ni60/NbC的激光熔覆镍基复合涂层微观结构的影响,利用显微硬度计和布鲁克UMT-2摩擦磨损试验机及白光干涉模块,测量熔覆层的显微硬度、摩擦磨损系数和磨痕宽度。结果 熔覆层中的主相为Ni-Cr-Fe,除此之外还存在FeNi3、CrB、M7C3、NbC、M23C6、Cr2Nb等多种相。研究发现,添加的润滑相h-BN@Cu与硬质相NbC会发生部分分解,Nb原子和B原子进入熔池,与熔池中的Cr原子反应,生成CrB、Cr2Nb等,这些金属间化合物具有硬度高、耐磨性好等特点。当h-BN@Cu的质量分数为10%时,熔覆层的显微硬度为650HV1.0,摩擦系数为0.4,磨痕宽度为0.406 mm。结论 相比于不添加h-BN@Cu的Ni60/NbC熔覆层,添加h-BN@Cu的Ni60/NbC熔覆层的平均硬度略微下降,但熔覆层硬质相分布更加均匀,此时硬度仍为45钢基体硬度的3.1倍,摩擦系数降低约27%,磨痕宽度减小约21%。     

工艺参数对钛合金激光熔覆 CBN 涂层几何形貌的影响

目的获得制备形貌较佳的CBN激光熔覆层的工艺参数。方法以CBN粉末为熔覆材料,在TC11钛合金表面制备CBN熔覆层。设计正交试验,利用金相法检测熔覆层的几何形貌参数,研究工艺参数(激光功率、扫描速度、离焦量、预置层厚度)对涂层几何形貌的影响规律。结果随着激光功率、扫描速度、离焦量和预置层厚度的增大,熔覆层宽度、高度以及熔池深度都发生相应的改变。其中扫描速度对熔覆层形貌的影响最大,其次为激光功率和预置层厚度,离焦量的影响最小。随着激光功率增大,熔覆层宽度先增大后减小,熔覆层高度逐渐降低,熔池深度逐渐增大。扫描速度、离焦量和预置层厚度的增加都导致熔覆层宽高和熔池深度的减小。结论最优的工艺参数为:激光功率1400W,扫描速度4mm/s,离焦量35mm,预置层厚度0.4mm。     

TC4表面激光熔覆Ni60基涂层温度场热循环特性数值模拟研究

目的确定TC4钛合金激光熔覆的最优工艺参数,研究其热循环特性,分析激光熔覆温度对组织的影响规律。方法采用3D高斯热源,基于Sysweld软件平台,对TC4钛合金激光熔覆Ni60A-50%Cr3C2粉末过程进行数值模拟仿真,研究温度场云图及其热循环特性,模拟计算激光熔覆最高温度、加热速度和冷却速度,以及熔池最大深度和热影响区宽度,进行激光熔覆实验验证,结合熔覆层显微组织扫描电镜(SEM)图像,研究冷却速度对熔覆层组织的影响。结果由仿真可知,激光熔覆工艺参数中的光斑直径和送粉速度主要影响熔覆层的高度和宽度,对温度场分布起主要影响作用的是激光功率和扫描速度。激光功率为500 W,扫描速度为4 mm/s时,熔覆层区域熔化完全,与基体结合良好。激光熔覆最高温度为2700℃,最大加热速度约为2200℃/s,最大冷却速度约为1200℃/s,熔池最大深度在0.33~0.66 mm之间,热影响区宽度约为1.2 mm。模拟与实验得到的熔覆层截面形貌基本一致。不同冷却速度得到的熔覆层组织不同,随着冷却速度的降低,显微组织由短小的胞晶和树枝晶逐步转变为柱状晶、胞状晶和平面晶,最终形成淬火态的针状马氏体。结论最佳工艺参数为:激光功率500 W,扫描速度4 mm/s。冷却速度是影响熔覆层组织的重要因素,仿真模型的正确性及方法的可行性得到了实验验证。     

大面积激光熔覆的工艺研究

采用6 kW CO2激光器和同步送粉熔覆技术,从比能量对熔覆层质量的影响入手,引入优化因子,结合搭接质量,对工艺参数进行了优化研究。同时对未后热和后热的熔覆层质量进行了对比研究。结果表明:送粉率为19.7 g/min,比能量选择在1.4～1.6104 J/cm2之间,搭接率为50%～60%,可获得无裂纹、气孔、夹渣等缺陷的大面积涂层,控制稀释率可获得平缓的硬度梯度;后热处理可改善变形和表面应力状态、细化组织、提高硬度。     

激光送粉熔覆WC／Co硬质合金的气孔问题

研究了激光送粉熔覆WC Co硬质合金的气孔问题。结果表明 ,激光熔覆WC Co形成气孔的倾向较大 ,细粉熔覆层的气孔率比粗粉高 ,多道叠加的气孔率比单道高。熔覆层组织为未熔化的WC颗粒、鱼骨状枝晶和Co固溶体基体。熔覆层含有WC、Co、FeW3C、Fe2 W ,CW3,Co3O4 等相。激光熔覆WC Co出现气孔的主要原因归结于高温熔池中的氧与碳反应形成CO或CO2 气体。在WC Co中添加一定量的金属还原剂Ti后 ,Ti能还原熔池中的氧化物 ,阻止O与C的化合 ,抑制CO或CO2 气体的生成 ,从而减少气孔率甚至消除气孔。加Ti后 ,熔覆层中的Co3O4 相消失而出现了Ti2 O和Co6 W6 C相。