激光熔覆在激光沉积涂层中的表现

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激光熔覆在激光沉积涂层中的表现

来源: | 作者:辉锐集团 | 发布时间: 2021-06-08 | 739 次浏览 | 分享到:

激光熔覆沉积速率大、残余应力大、开裂敏感性高等问题，仍需解决该技术的更广泛应用。技术进步正在解决高资本成本和低沉积率的问题，例如引入光束宽达 1英寸的高功率二极管激光器，以及将感应加热模块集成到激光熔覆头中。例如，以激光为唯一能源，Inconel 625 腐蚀防护涂层的沉积速率为 9 kg/h 报道了大型圆柱形组件。此外， Inconel 625 的沉积速率为 14-16 kg/h，同时应用。尽管据报道感应辅助激光熔覆系统大大减少了激光熔覆涂层的开裂问题，但开裂仍然是激光熔覆更广泛应用的最大材料工程挑战，特别是对于硬质合金，如 Ni-Cr-B-硅碳 [ kW 激光和 12 kW 感应功率，

Ni-Cr-B-Si-C合金是应用最广泛的合金之一，适用于需要耐腐蚀和耐磨的应用 [ 4 5-7 3 , 8 , 9]。这些合金具有低熔点和自熔特性，最初是为喷涂和熔断器应用而开发的。近年来，越来越多地使用激光沉积技术来生产致密的 Ni-Cr-B-Si-C 涂层，该涂层具有与基材的冶金结合和优异的功能特性 [ ]。尽管 Ni-Cr-B-Si-C 合金具有理想的腐蚀和磨损性能，并且它们在许多表面涂层、修复和增材制造应用中具有潜力[]，高开裂倾向对其在激光沉积技术中的使用造成了严重的缺陷。
激光熔覆

在激光沉积涂层中，在凝固和/或固态冷却过程中可能会形成裂纹。在激光沉积镍基涂层的情况下，当残余拉伸应力超过复合材料的极限拉伸强度时，通常会在固态冷却过程中发生裂纹。这些应力源于样品不同区域之间的不匹配，例如，由于急剧的热梯度。在激光沉积的涂层，残余应力的主要来源是该涂层的差热收缩和造成的陡峭的温度梯度和不同的热基板的膨胀系数的 1112 1 , 12 , 13 ]涂层和基材材料。包层中的热应力一般可表示为其中E和ν α和 Δ T 1 。对于涂层，σ th涂层镍基合金和碳钢的α为范围分别为 13.3-16.8 和 11.3-12.2 (10 − 6 K − 1 ) [ 1分别是复合材料的弹性模量和泊松比，Δ是复合材料与基体材料之间的线性热膨胀系数和温度的差值，是当涂层的热膨胀系数大于基体的热膨胀系数时的拉伸，例如，在碳钢上沉积镍基合金。此外，在较低温度下增加在基底上包覆速度或沉积增加σ个因为锋利的温度梯度将包层和它的底物，因此，较大的Δ之间建立Ť（可能Δ α）将制作。
激光熔覆

激光沉积涂层中裂纹的成核和扩展取决于残余拉伸应力的大小、包覆层的机械性能（主要是韧性），在较小程度上取决于包覆层中的缺陷数量（例如大孔） . 开裂现象主要是由高残余拉应力和低断裂韧性共同引起的。因此，采用两种主要方法来解决激光沉积涂层中的开裂问题：降低沉积物中的残余拉伸应力或增加沉积合金的断裂韧性。前一种方法已广泛采用预热和/或后加热，例如通过感应加热[ 1 , 17]。虽然预热是一种有效且广泛使用的防止开裂的方法，但它使过程繁琐且成本更高。如果表面硬化合金本身非常坚韧，沉积的涂层可以抵抗热应力而不开裂，那将是优选的。对于表面硬化合金，这应该在不显着降低硬度的情况下实现。

在工程材料，通常有硬度和断裂韧性之间的反比关系，即硬质材料通常具有针对低电阻裂纹扩展。因此，开发高硬度和高韧性合金带来了某种悖论。在正常情况下，除非通过适当的预热和/或后加热来显着降低残余应力的大小，否则很难获得具有相对较高硬度的无裂纹涂层。然而，如果硬度-韧性悖论得到解决（至少部分解决），则可以通过激光熔覆沉积硬而韧的涂层，而无需或很少预热基材。本章的主要目的是探讨是否可以开发出兼具高硬度和高韧性的 Ni-Cr-B-Si-C合金，以生产无裂纹的耐磨激光沉积涂层。为了实现这一目标，研究了显微组织细化及其对Ni-Cr-B-Si-C合金断裂行为的影响，作为一种可能的增韧。

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