超高速激光熔覆技术对金属机械零件表面处理方式

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超高速激光熔覆技术对金属机械零件表面处理方式

来源: | 作者:辉锐集团 | 发布时间: 2021-06-10 | 561 次浏览 | 分享到:

超高速激光熔覆技术只是有助于改善金属机械零件表面特性的众多处理方法之一。超高速激光熔覆从根本上说是一种熔化过程，旨在通过极其精确的焊接技术将两种金属、一层和一层基材融合在一起。

为改善金属机械零件的表面性能，例如耐磨性和耐腐蚀性，可进行多种表面热处理；例如，火焰喷涂、等离子喷涂和弧焊都是成熟的技术。这些技术的特点是在没有这些特性的廉价材料上应用具有所需特性的表面层。根据应用技术的不同，常见的问题是所应用的表面层与基材的结合不良、气孔的出现、工件的热变形、表面层与基材的混合以及无法非常局部的治疗。克服这些问题的技术之一是超高速激光熔覆。超高速激光熔覆被定义为“一种用激光束将另一种具有不同冶金特性的材料熔合在基材上的工艺，由此只需熔化基材的非常薄的一层，以实现以最小的冶金结合稀释添加的材料和基材，以保持涂层材料的原始特性”[Komvopoulos, 1990]。
超高速激光熔覆

如图 1 所示，将金属样品置于强大的激光束下，同时将粉末注入熔池上方，在凝固后形成称为包层的层。通过执行连续的重叠跟踪，可以覆盖大于激光束直径的大区域。与普遍看法相反，由于激光束、粉末颗粒和熔化区域之间的相互作用，熔覆过程控制很困难。事实上，即使大部分激光功率到达工件，也有一小部分被粉末颗粒捕获，从而被加热。并且只有撞击熔化浴槽的粉末颗粒会粘住，而撞击固体区域的颗粒会发生弹跳然后丢失。另一个复杂的现象是工件吸收修正（即，工件表面上可用的激光功率与工件吸收的激光功率之比）跟随熔化区域的形状。最后，由于在激光束下呈现出复杂的复合几何形状，很难预测激光功率，以最大限度地减少工件内部的重熔深度，但仍继续允许入射粉末熔化。

如上所述，超高速激光熔覆是一种熔化过程，其中使用激光束将合金添加物熔合到基材上。它是最高精度的堆焊技术。添加剂材料和基底的薄层被激光束熔化。这确保了层和基材之间的冶金结合。可以在加工期间或加工之前以各种方式将合金引入梁-材料相互作用区。添加剂材料要么预涂在基材上，要么就地提供。通过热喷涂或电镀沉积进行预涂层既费时又昂贵，因此仅对大面积覆层有效。原位供应是指将添加剂材料以金属丝或粉末的形式注入激光束和基材的相互作用区。粉末更常见和流行，因为它们几乎可以无限地改变合金成分——见图 2。用于超高速激光熔覆的粉末的粒度应在 20 到 200 毫米之间。球形颗粒可实现最佳进料特性，这对于雾化粉末而言是典型的。极少的基材熔化，从而形成具有标称合金成分的包层。

可通过超高速激光熔覆应用的典型金属有：
工具钢（Fe、C、Cr、V）
不锈钢类型（Fe、Cr、Ni）
钴合金（司太立：Co、C、Cr、W）
超级合金（Ni、Co、Mo、Cr、Si）
镍自熔合金 (Ni-Cr-B-Si)
钛合金
铝合金（例如Al-(Mg)-Si）
铜合金
与上述传统涂层工艺相比，超高速激光熔覆具有许多优势。它可以提供更高质量的涂层，最小的稀释和变形，提供增强的表面质量参数。由此获得的表面材料的特性具有与原始状态相似甚至更好的特性。总的来说，超高速激光熔覆的优点是：
减少生产时间
增强的热控制
非常满意的零件修复
功能分级零件的生产
智能结构的生产

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