激光熔覆工艺详解

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激光熔覆工艺详解

来源: | 作者:辉锐集团 | 发布时间: 2021-05-24 | 1677 次浏览 | 分享到:

激光熔覆该工艺使用粗硬相颗粒与金属合金的粉末混合物进行涂层沉积。两者的典型颗粒尺寸范围的原料材料是45-90 微米，45-125 微米。出于特殊目的，较小的粒度分数（例如20-45）可以使用μm。两种成分都在粉末进料器/激光熔覆喷嘴中机械混合。粉末或几种粉末的机械混合物在通过重力穿过激光束的同时进行预热，但熔化仅在熔池中发生。通过激光在工件表面形成的熔池非常集中，并且主要由原料组成。用于形成冶金结合的基体材料的有限的部分熔化主要是通过热传递到冷基体中来实现的。由于激光熔覆单元和/或基材的永久相对运动以及涂层材料的快速固化，形成单个焊接轨道。这些表面逐条轨道地熔覆，具有部分重叠，这包括先前沉积的相邻轨道的部分重熔。所得涂层的特征在于典型的厚度范围为100-2000μm，并且冶金结合到基底材料上。涂层性能不仅取决于材料，而且取决于激光器的类型和工艺条件。根据激光技术的历史发展，有不同类型的激光源可用于激光熔覆工艺

涂层的沉积是激光熔覆的主要目的，但该工艺也可用于零件的修理和翻新以及三维零件的生成。金属和合金通常单独处理以进行涂层沉积，但是为了生成三维零件，它们是专门使用的。迄今为止，硬相粘合剂合金组合物仅在涂层沉积中起作用。它们可能构成了研究最多的通过激光熔覆沉积的涂层（Tuominen，2009年）。目前仅通过一步法进行通过激光熔覆的涂层沉积。原料的主要类型是粉末。与其他表面改性技术（例如PTA和热喷涂）相比，由于用量相对较小，因此没有特殊的原料可以从市场上买到。大多数情况下，它们以机械混合物的形式使用。像蒙上了粗大硬相颗粒碳化钨硬质合金是与基于Co或Ni的不同硬质合金粉末机械混合。由于溶解和冶金反应，在熔覆过程中硬相粒度减小。含有细粒硬质相和金属粘合剂的复合（硬金属）原料粉末也与其他金属或合金粉末机械混合，因为前者中的金属粘合剂含量太低，无法沉积无裂纹的涂层。目前，这样的细晶粒结构主要是在立方硬质相（例如碳化钛和钒钒）的基础上，通过附聚和烧结的粉末（请参见第1.18.7节）来实现的。
激光熔覆

在包衣过程的特征在于复杂的冶金工艺的硬质相颗粒和金属材料之间。尽管通常试图使基材元素在涂层中的混合最小化，但这包括基材材料的某些溶解。取决于所选的粘合剂材料，可达到的硬相含量不同，但是限制为约50 体积％。沉积良好的涂层的特征在于没有孔隙。可替代地，在适当的硬件修改下，可以使用金属丝，但是在含有硬相的复合材料的情况下，该原料限于药芯焊丝。图8示出了三个单轨道的横截面，以说明涂层形成的原理。单轨的宽度为b，高度为h。最大涂层厚度d由两条轨道在其重叠点处的厚度得出。典型值为b = 0.1-8 mm，h = 0.1-2.5 mmd = 0.1-2 mm。最重要的参数之一是稀释度，其具有冶金学和几何学定义（Toyserkani等人，2005年）。通过测量涂层中基体元素的含量来确定冶金稀释度，例如在Co基粘合剂合金区域中，在钢的情况下为铁。这通常用于实际目的。对于最先进的工艺，可以实现将基材材料稀释到涂层材料中的比例约为5％。
激光熔覆

几何稀释度由等式 = A 2 /（A 1 + A 2）确定，其中A 1和A 2分别是单个焊道的面积和涂层横截面中的熔合区。为了快速估计，可以使用A 1和A 2的高度之比。在硬相基涂层的沉积中，润湿在两个方面很重要：在处理过程中，相对于涂层与基材以及硬相颗粒与粘合剂基体，润湿是一个重要的参数。前者受金属粘合剂材料对基体材料的影响，并且几乎不受硬相颗粒的影响。的沉积速率被确定为的产品粉末进料速率和沉积效率。它主要受熔池大小与粉末流横截面积之比的影响。最典型的沉积效率在60-90％的范围内。在特殊情况下，可以达到98％。在非最佳工艺条件下，可能会发生几种类型的缺陷，例如裂纹，孔洞/孔隙，过度稀释和成分不均匀（Tuominen，2009年）。对于所有这些类型的缺陷，都存在技术上的对策，例如，可以通过额外加热避免裂纹。对于多种应用，例如作为无腐蚀侵蚀的耐磨涂层，有时可以容忍裂纹。
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