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激光熔覆技术简介
2012-11-21 点击次数:

    激光熔覆亦称激光包覆或激光涂覆,是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料,并利用高能密度的激光束将不同成分和性能的合金与基材表层快速熔化,在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层。激光熔覆是一种能显著改善基材表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法,从而达到表面改性或修复的目的,既满足了对材料表面特定性能的要求,又节约了大量的贵重元素。近年来,激光熔覆技术发展迅速,成为材料表面工程领域的前沿。

     与传统的堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比,激光熔覆具有以下优点:

(1) 激光束的能量密度高,加热速度快,对基材的热影响较小,引起工件的变形小;

(2) 控制激光的输入能量,可将基材的稀释作用控制在极低的程度,从而保持原熔覆材料的优异性能;

(3) 激光熔覆涂层于基材之间结合牢固,组织致密,微观缺陷少,且熔覆涂层组织细小,性能更优良;

(4) 可采用性能优良的材料对基材表面进行改性,材料消耗少,具有卓越的性能价格比;

(5) 激光熔凝覆层的尺寸太小和位置可以精确控制,光束瞄准可以是难以接近的区域熔覆;

    (6) 激光熔覆对环境无污染、无辐射、低噪音。

    这些优点使得激光熔覆技术近年来在材料表面改性方面得到高度重视。

     根据合金供应方式的不同,可将激光熔覆分为两大类,即预置式激光熔覆和同步送粉式激光熔覆。

    预置式激光熔覆是将粉末与粘结剂混合后以某种方法预先均匀涂覆在基体表面,然后采用激光束对合金涂覆层表面进行照射,涂覆层表面吸收激光能量使温度升高并熔化,同时通过热量传递使基体表面熔化,熔化的合金快速凝固在基材表面,形成冶金结合的熔覆层。熔覆材料以粉、丝、板的形式加入,其中以粉末的形式最为常用。预置式激光熔覆的主要工艺流程为:基材熔覆表面预处理—预置熔覆材料—预热—激光熔化—后热处理。预置式激光熔覆具有不受材料的限制、易于进行复合成分粉末的熔覆、工艺简单等特点,在激光熔覆技术发展过程中占据着重要的地位。粉末预置方法对提高预置式激光熔覆涂层质量至关重要。激光熔覆技术常用的粉末预置方法主要包括热喷涂法和化学黏结法。众所周知,热喷涂法在预置粉末的过程中除需要专用的喷涂设备外,其粉末的损失量很大(约为3%~40%),此外该方法对粉末粒度的要求较高;化学黏结法,由于使用了各种黏结剂,在熔覆过程中极易产生气孔等缺陷,同时黏结剂的加入对熔覆层成分也会产生不同程度的不利影响。

    同步送粉式激光熔覆是将熔覆材料直接送入激光束中,使材料和激光熔覆同时进行。熔覆材料主要是以粉末的形式送入,有时也会采用线材或板材的形式。对于熔覆面积比较大的零件可采用同步送粉法,送粉量可以调节,同步送粉器可以连续工作,因而熔覆效率高,用于实际生产中大批零件的表面激光熔覆。同步式激光熔覆的主要工艺流程为:基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。

    按照材料成分构成,激光熔覆粉末材料主要分为金属粉末、陶瓷粉末和复合粉末等。在金属粉末中,自熔性合金粉末的研究与应用最多。

    自熔性合金粉末可以分为Fe基、Ni基、Co基自熔性合金粉末,其主要特点是含有B和Si,具有自脱氧和造渣能力。自熔性合金粉末对碳钢、不锈钢、合金钢、铸钢等多种基材有较好的适应性,能获得氧化物含量低、气孔率小的熔覆层。自熔性合金粉末的硬度与合金含硼量和含碳量有关,硬度随硼、碳含量的增加而提高,这是由于硼和碳与合金中的镍、铬等元素形成硬度极高的硼化物和碳化物的数量增加所致。

    氧化物陶瓷粉末具有优良的抗高温隔热、耐磨、耐蚀等性能,主要分为氧化铝和氧化锆两个系列,而后者比前者具有更低的热导率和更好的抗热震性能,因而广泛用作热障涂层材料。

    碳化物复合粉末由碳化物硬质相与金属或合金粘结相组成,主要有(Co,Ni)/WC 和(NiCr,Ni-CrA1)Cr3C2等系列。这类粉末中的粘结相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解。碳化物复合粉末作为硬质耐磨材料,具有很高的硬度和良好的耐磨性,其中(Co,Ni)/WC系适应于低温((560℃)的工作条件,而(NiCr,NiCrA1)/Cr3C2系适用于高温工作环境。此外,(Co,Ni)/WC复合粉还可与自熔性合金粉末一起使用。

 


 
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