激光熔覆与LC对比优势

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激光熔覆与LC对比优势

来源: | 作者:辉锐集团 | 发布时间: 2021-06-03 | 846 次浏览 | 分享到:

LC 与激光熔覆相比用于在基材上产生相对较厚（通常为 50 μm 至 2 mm）且均匀覆盖的涂层材料，并具有熔接。LC 可以通过高功率激光束实现，以轻微熔化基板表面，同时将粉末材料输送到熔池中，如图 1 所示。LC 也可以通过完全熔化预先沉积在基板上的材料或通过最小稀释的送丝来执行。

与传统的激光熔覆技术（如热喷涂和电弧焊）相比，LC 具有许多优势。与热喷涂相比，这些优点包括熔接和减少（或消除）孔隙和裂纹；与电弧焊相比，稀释度降低（通常 <5%），热影响区极窄且热变形低，包层后加工成本降低。对于表面保护领域的大多数 LC 应用，CW CO 2通常使用 Nd:YAG 激光器。然而，近年来，HPDL 的使用越来越多，尤其是在工业环境中，具有降低运营和投资成本、插头效率高、尺寸紧凑等优点。由于与该过程相关的固有快速冷却速率，LC 能够产生非常精细、均匀的微观结构和非平衡合金，这促进了非晶相或非平衡结晶相的形成，并具有扩展的固溶体。

LC 已发现在各种应用中相对广泛地用于保护材料免受腐蚀和氧化，包括铝合金、镁合金、碳钢、不锈钢和各种金属基复合材料。含铝、铝合金和其他合金元素的镁合金上的 LC 显着提高了耐腐蚀性和耐磨性。例如，激光熔覆 Mg 27 Al 73的腐蚀速率比商业生产的 AZ91B 低一个数量级，比 Mg 在 3.5% NaCl 溶液中的腐蚀速率低两个数量级，2这是由于复合材料上的钝化膜比 AZ91B 和 Mg 基体的钝化膜要稳定得多，这是由于 Al 的微观结构的细化和扩展的固溶体。此外，厚度为1.5 mm的非晶合金Zr 65 Al 7.5 Ni 10 Cu 17.5 LC 在商业纯Mg基体上的耐腐蚀性和耐磨性优于未涂层基体，但腐蚀电流密度降低在 3.5% NaCl 溶液中增加三个数量级。5此外，激光熔覆Al 2 O 3的腐蚀电流密度比 AZ91HP 镁合金在 3.5% NaCl 溶液中的低三个数量级。

LC也可以应用于用于延长固体溶解度的限制稀土添加物（例如，钇，铼铪中，和铈）镍基超合金在高温下，以提高其耐氧化性。在平衡条件下，稀土金属在室温下的最大固溶度为~ 0.2 wt%。然而，由 Ni-(Fe,Cr)-Al - Hf - Re LC 生产的合金导致合金元素在复合基体中的均匀分布，合金添加物的固溶度增加，显微组织显着细化，并形成亚稳富铼和铪相。7,8在热循环氧化条件下，包层材料的重量变化可以忽略不计，而基材 (Rene80) 会出现大量的鳞片剥落。9此外，NiCrAlY 合金在Hastelloy X 基体上的 LC产生柱状枝晶结构，无孔隙和微裂纹，由 γ-Ni 固溶体和接近表面的少量 Al 5 Y 3O 12 组成，表现出优异的等温氧化行为。

通过在高温合金基底上氧化钇稳定氧化锆(YSZ)的 LC，已开发出一种用于燃气轮机叶片的新型热障涂层(TBC) 。11液晶在快速凝固过程中产生定向外延生长、紧密堆积的柱状结构。这促进了在 NiCoCrAlY 层和柱状陶瓷层之间形成氧化铝层，从而提供柱状层对 NiCoCrAlY 层的粘附。ZrO 2层与NiCoCrAlY合金层之间以及合金层与基体之间具有良好的冶金结合。ZrO 2的化学改性可用于消除涂层的微裂纹。这种激光熔覆热障涂层在 1200 °C空气中的抗氧化性明显高于等离子喷涂涂层。此外，含有 60% Ni、19% Cr、11% Al 和 6.4% Fe 的 LC 显示出比 Incoloy 800H 更出色的耐腐蚀性，12因此这些涂层可在温度水平的高温应用中用作氧化屏障超过可以使用 Incoloy 800H 的最大限制。

钛基合金是一种高强度、轻质材料，广泛用于航空航天工业的机身结构和飞机发动机部件（例如翼型）。然而，钛合金在600 ℃以上的温度下抗氧化性较差。翼型最关键的部分是它的尖端，在发动机工作条件下，它通常暴露在 >500 °C 的高温下。50Nb-50Ti 合金在翼型（Ti-6A1-4V 合金）尖端的 LC 导致在空气中 1000 °C 时具有优异的抗氧化性。相比之下，未包覆的 Ti-6Al-4V 合金形成了 500-μm 厚的多孔氧化物层，它倾向于从基材上剥落，在 48 小时内形成具有良好附着力的 100-μm 氧化物。13用于工业应用的这种 LC 工艺的重要特征包括激光束能够跟随机翼的轮廓；激光熔覆铌与翼型之间的良好结合，并且易于控制熔覆层的厚度和成分。

在城市垃圾焚烧炉 (MWI) 中，过热器或锅炉管等关键部件通常会因腐蚀而退化。尤其是在现代废物转化能源 (WTE) 工厂中，提高效率的需求需要在更高的温度下运行，这反过来又会提高腐蚀率。LC 已成功用于生产过热器和锅炉管上的防腐和抗侵蚀涂层。与火焰喷涂产生的保护涂层相比，LC 几乎没有孔隙，并确保与基材的冶金结合，因此复合管可以弯曲而不会因开裂或剥落而造成任何损坏。这是过热器线圈弯曲结构和整体激光熔覆过热器组件生产的重要进展。一台自动二极管激光器用于工业生产 MWI 过热器和锅炉复合管的工作站已在欧洲 MWI 工厂进行了演示和安装。

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