适用激光熔覆的工艺材料

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适用激光熔覆的工艺材料

来源: | 作者:辉锐集团 | 发布时间: 2021-06-22 | 490 次浏览 | 分享到:

有多种熔覆技术，其中一些不涉及激光。在任何情况下，某种金属层都会沉积在不同种类的贱金属上。激光辅助熔覆工艺使用以激光束形式提供的激光的吸收，作为所需的热源，例如代替气体火焰或电弧。激光熔覆的主要应用是使机床表面更能抵抗磨损、腐蚀或温度冲击。许多行业都会遇到此类挑战，例如，当机器部件暴露于强力、热的腐蚀性废气、海水或磨蚀性物质时。激光应用的覆层通常会提供巨大的优势，特别是在使用寿命或修复可能性方面。激光熔覆可以在零件的原始制造过程中应用，也可以在以后的翻新或维修环境中应用。修理对象的例子是涡轮叶片、齿轮和切割工具。覆层可应用于大面积或仅应用于孤立的关键区域。与激光合金化等其他方法相比，熔覆工艺只涉及适度加热且不熔化基体表面，因此在界面处没有实质性的材料混合——仅形成足够强的冶金结合。由于材料已经在相对较高的温度下变得完全固态，因此在快速冷却的情况下，大量机械应力可能会“冻结”到微观结构中，但可能会通过退火工艺降低冷却速度。激光熔覆也称为堆焊。与其他激光焊接方法相比，其目的不是连接不同的固体部件，而是由以不同形式应用的材料（例如粉末或金属丝）形成熔覆。通常，覆层的厚度与基部的厚度相比较小。由于添加了某种层，因此激光熔覆属于激光增材制造的方法。

激光熔覆工艺
一个典型的过程包括激光加工头在表面上缓慢移动，同时将包覆材料供应到光束焦点区域。吸收激光会使材料熔化，但当激光束移开时，它会迅速凝固，与基材形成牢固的接头。包覆材料通常以热线（电阻加热）或冷线的形式提供，或者以粉末流的形式提供，由工艺气体传输。有时，材料进料完全集成到激光加工头中（同轴进料），而在其他情况下，它从侧面连接到加工头（横向进料）。在某些情况下，除了包层材料之外，还应用工艺气体。它可以保护所涉及的金属（尤其是包层金属）免受氧化，从而提高结果的质量。虽然在许多情况下所述类型的单个包层工艺就足够了，但可以在后续步骤中逐层构建更厚的包层。在某些情况下，会采用额外的激光铣削来获得更好的最终顶面质量。需要优化激光功率、光斑大小和形状、移动速度和提供的包覆材料数量等工艺参数，以使用给定的材料组合获得最佳结果。自动激光熔覆机可以自动控制这些参数，也可能调整参数以适应不同的运动速度。用于过程监控的附加设施也可用于自动化过程。

常用的包覆材料是镍、钴或钛的铁合金，可沉积在铁或钢上，或有时沉积在铝或钛合金等其他贱金属上。包覆合金的熔点通常比基体金属低得多，因此它们可以在不熔化基体的情况下熔化。
除了材料成分之外，制造的包层的微观细节会对包层获得的冶金性能产生重要影响，包括其耐磨性或温度变化引起的应力。这样的属性又可以取决于过程细节。
使用过的激光器
不同类型的激光器可用于熔覆工艺：CO 2激光器、固态激光器以及直接二极管激光器。后者由于其高插墙效率而变得非常流行。
激光器的连续波操作通常是合适的，并且所需的光强度适中，例如与激光切割所需的光强度相比。在足够的激光功率下，激光光斑尺寸可以相对较大以提高加工速度。可以使用较长方向垂直于移动方向的椭圆光束焦点，特别是对于高功率操作。

类似方法
关于结果的类似方法是激光电镀，但这里的沉积层厚度通常要小得多，而且工艺细节也可能大不相同。还有激光镀膜技术；与激光熔覆的不同之处在于更广泛的材料选择和更小的涂层厚度。激光辅助材料沉积的另一种方法是脉冲激光沉积。在这里，激光束不直接与工件相互作用。相反，脉冲紫外线光束击中某些目标材料，然后将材料从目标材料溅射到要涂层的基板上。整个过程在真空室中完成，可能使用一些低压工艺气体。使用范围广泛的目标材料，包括氧化物、亚硝酸盐、碳化物、陶瓷、金属甚至聚合物。

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