西安科普電鍍有限公司

激光熔覆技術(shù)是指以不同的填料方式在被涂覆基體表面上放置選擇的涂層材料，經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低并與基體材料成冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電器特性等的工藝方法。結(jié)下來西安激光熔覆技術(shù)表面處理企業(yè)科普電鍍小編來和大家聊聊。

激光熔覆技術(shù)亦稱激光熔敷或激光包覆，是一種新的表面改性技術(shù)。激光熔覆的目的就是在基體材料表面生成具有高硬度、耐磨損、耐腐蝕、熱障礙等的功能層。以不同的填料方式在被涂覆基體表面上放置選擇的涂層材料，經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低并與基體材料成冶金結(jié)合的表面涂層。從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對(duì)材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點(diǎn)，因此激光熔覆技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊。

激光熔覆通過同步或預(yù)置材料的方式，將外部材料添加至基體經(jīng)激光輻照后形成的熔池中，并使二者共同快速凝固形成包覆層。

激光熔覆特點(diǎn)：熔覆層稀釋度低但結(jié)合力強(qiáng)，與基體呈冶金結(jié)合，可顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化或電氣特性，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，滿足材料表面特定性能要求的同時(shí)可節(jié)約大量的材料成本。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點(diǎn)，因此激光熔覆技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊。

從當(dāng)前激光熔覆的應(yīng)用情況來看，其主要應(yīng)用于三個(gè)方面：一，對(duì)材料的表面改性，如燃汽輪機(jī)葉片，軋輥，齒輪等；二，對(duì)產(chǎn)品的表面修復(fù)，如轉(zhuǎn)子，模具等。有關(guān)資料表明，修復(fù)后的部件強(qiáng)度可達(dá)到原強(qiáng)度的90%以上，其修復(fù)費(fèi)用不到重置價(jià)格的1/5，更重要的是縮短了維修時(shí)間，解決了大型企業(yè)重大成套設(shè)備連續(xù)可靠運(yùn)行所必須解決的轉(zhuǎn)動(dòng)部件快速搶修難題。另外，對(duì)關(guān)鍵部件表面通過激光熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命；對(duì)模具表面進(jìn)行激光熔覆處理，不僅提高模具強(qiáng)度，還可以降低2/3的制造成本，縮短4/5的制造周期。三，激光增材制造。通過同步送粉或送絲的方式，進(jìn)行逐層的激光熔覆，進(jìn)而獲得具有三維結(jié)構(gòu)的零部件。該技術(shù)又可稱為激光熔化沉積、激光金屬沉積、激光直接熔化沉積等。

熔覆材料：應(yīng)用廣泛的激光熔覆材料主要有：鎳基、鈷基、鐵基、鈦合金、銅合金、顆粒型金屬基復(fù)合材料，陶瓷材料等。

熔覆工藝：激光熔覆按熔覆材料的供給方式大概可分為兩大類，即預(yù)置式激光熔覆和同步式激光熔覆。

預(yù)置式激光熔覆是將熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉或絲形式加入，其中以粉末的形式.為常用。

同步式激光熔覆則是將粉末或絲材類熔覆材料經(jīng)過噴嘴在熔覆過程中同步送入熔池中。熔覆材料以粉或絲形式加入，其中以粉末的形式.為常用。

預(yù)置式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預(yù)處理---預(yù)置熔覆材料---預(yù)熱---激光熔覆---后熱處理。

同步式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預(yù)處理---預(yù)熱---同步激光熔覆---后熱處理。

按工藝流程，與激光熔覆相關(guān)的工藝主要是基材表面預(yù)處理方法、熔覆材料的供料方法、預(yù)熱和后熱處理。

激光器工作原理：激光熔覆成套設(shè)備組成：激光器、冷卻機(jī)組、送粉機(jī)構(gòu)、加工工作臺(tái)等。

激光器的選用：主流的激光器類型均支持激光熔覆工藝，例如CO2激光器，固體激光器，光纖激光器，半導(dǎo)體激光器等。

目前應(yīng)用廣泛的有CO2激光器，固體激光器。CO2激光器是應(yīng)用.廣、種類.多的一種激光器，在汽車工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、造船工業(yè)、航空及宇航業(yè)、電機(jī)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、冶金工業(yè)、金屬加工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。約占全球工業(yè)激光器銷售額40%，北美更高達(dá)70%。CO2激光器是目前輸出功率達(dá)到.高級(jí)別的激光器之一，其主要特點(diǎn)是光束質(zhì)量高，模式好，相干性好，線寬窄，工作穩(wěn)定。傳統(tǒng)的固體激光器通常采用高功率氣體放電燈泵浦，其泵浦效率約為3%到6%。泵浦燈發(fā)射出的大量能量轉(zhuǎn)化為熱能，需采用笨重的冷卻系統(tǒng)，不可消除的熱透鏡效應(yīng)使光束質(zhì)量變差。加之泵浦燈的壽命約為400小時(shí)，操作人員需花很多時(shí)間頻繁地?fù)Q燈，中斷系統(tǒng)工作，使自動(dòng)化生產(chǎn)線的效率大大降低。與傳統(tǒng)燈泵浦激光器比較，二極管泵浦固體激光器提高了轉(zhuǎn)換效率、壽命和光束質(zhì)量。YAG激光器輸出波長為1.06μm，較CO2激光波長小1個(gè)數(shù)量級(jí)，因而更適合此類金屬的激光熔覆。

隨著半導(dǎo)體激光技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了直接應(yīng)用的大功率半導(dǎo)體激光器來進(jìn)行材料加工。該類型激光器是目前所有激光器中效率.高的，目前其電光轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到60％以上。但是該激光器的光束質(zhì)量比較差，目前主要應(yīng)用于激光表面熱處理、激光熔覆和激光釬焊中。

直接高功率半導(dǎo)體激光器的發(fā)展將在激光熔覆成形和修復(fù)，以及激光熱處理等方面取代目前.為廣泛應(yīng)用的CO2激光器，光纖耦合半導(dǎo)體激光器的發(fā)展將取代CO2激光器和固體激光器在材料焊接方面所占有的大部分地位。

激光熔覆的工藝參數(shù)主要有激光功率、光斑直徑、熔覆速度、離焦量、送粉速度、掃描速度、預(yù)熱溫度等。這些參數(shù)對(duì)熔覆層的稀釋率、裂紋、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性等有很大影響。各參數(shù)之間也相互影響，是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，須采用合理的控制方法將這些參數(shù)控制在激光熔覆工藝允許的范圍內(nèi)。

激光熔覆有3個(gè)重要的工藝參數(shù)，1.激光功率 2.光斑直徑 3.熔覆速度

1. 激光功率

激光功率越大，融化的熔覆金屬量越多，產(chǎn)生氣孔的概率越大。隨著激光功率增加，熔覆層深度增加，周圍的液體金屬劇烈波動(dòng)，動(dòng)態(tài)凝固結(jié)晶，使氣孔數(shù)量逐漸減少甚至得以消除，裂紋也逐漸減少。當(dāng)熔覆層深度達(dá)到極限深度后，隨著功率提高，基體表面溫度升高，變形和開裂現(xiàn)象加劇，激光功率過小，僅表面涂層融化，基體未熔，此時(shí)熔覆層表面出現(xiàn)局部起球、空洞等，達(dá)不到表面熔覆目的。

2. 光斑直徑

激光束一般為圓形。熔覆層寬度主要取決于激光束的光斑直徑，光斑直徑增加，熔覆層變寬。光斑尺寸不同會(huì)引起熔覆層表面能量分布變化，所獲得的熔覆層形貌和組織性能有較大差別。一般來說，在小尺寸光斑下，熔覆層質(zhì)量較好，隨著光斑尺寸增大，熔覆層質(zhì)量下降。但光斑直徑過小，不利于獲得大面積的熔覆層。

3. 熔覆速度

熔覆速度V與激光功率P有相似的影響。熔覆速度過高，合金粉末不能完全融化，未起到優(yōu)質(zhì)熔覆的效果；熔覆速度太低，熔池存在時(shí)間過長，粉末過燒，合金元素?fù)p失，同時(shí)基體的熱輸入量大，會(huì)增加變形量。

激光熔覆參數(shù)不是獨(dú)立的影響熔覆層宏觀和微觀質(zhì)量，而是相互影響的。為了說明激光功率P、光斑直徑D和熔覆速度V三者的綜合作用，提出了比能量Es的概念，即：Es=P/(DV)

即單位面積的輻照能量，可將激光功率密度和熔覆速度等因素綜合在一起考慮。

比能量減小有利于降低稀釋率，同時(shí)與熔覆層厚度也有一定的關(guān)系。在激光功率一定的條件下，熔覆層稀釋率隨光斑直徑增大而減小，當(dāng)熔覆速度和光斑直徑一定時(shí)，熔覆層稀釋率隨激光束功率增大而增大。另外，隨著熔覆速度的增加，基體的融化深度下降，基體材料對(duì)熔覆層的稀釋率下降。

在多道激光熔覆中，搭接率是影響熔覆層表面粗糙度的主要因素，搭接率提高，熔覆層表面粗糙度降低，但搭接部分的均勻性很難得到保證。熔覆道之間相互搭接區(qū)域的深度與熔覆道正中的深度有所不同，從而影響了整個(gè)熔覆層的均勻性。而且多道搭接熔覆的殘余拉應(yīng)力會(huì)疊加，使局部總應(yīng)力值增大，增大了熔覆層裂紋的敏感性。預(yù)熱和回火能降低熔覆層的裂紋傾向。

激光熱處理

從裝備上講，去除鋪粉或者送粉裝置的激光熔覆設(shè)備調(diào)整功率密度后，就可以實(shí)現(xiàn)激光熱處理工藝。激光熱處理是一種表面熱處理技術(shù)，即利用激光加熱金屬材料表面實(shí)現(xiàn)表面熱處理。激光加熱具有極高的功率密度，即激光的照射區(qū)域的單位面積上集中極高的功率。由于功率密度極高，工件傳導(dǎo)散熱無法及時(shí)將熱量傳走，結(jié)果使得工件被激光照射區(qū)迅速升溫到奧氏體化溫度實(shí)現(xiàn)快速加熱。當(dāng)激光加熱結(jié)束，因?yàn)榭焖偌訜釙r(shí)工件基體大體積中仍保持較低的溫度，被加熱區(qū)域可以通過工件本身的熱傳導(dǎo)迅速冷卻，從而實(shí)現(xiàn)淬火等熱處理效果。激光淬火效果：激光淬火層的硬度分布曲線激光淬火層的硬度分布激光淬火技術(shù)可對(duì)各種導(dǎo)軌、大型齒輪、軸頸、汽缸內(nèi)壁、模具、減振器、摩擦輪、軋輥、滾輪零件進(jìn)行表面強(qiáng)化。適用材料為中、高碳鋼，鑄鐵。激光淬火的應(yīng)用實(shí)例：激光淬火強(qiáng)化的鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸，其硬度提高HB230提高到HB680，使用壽命提高2~3倍。

激光熔覆是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)冶金過程,熔覆過程中的參數(shù)對(duì)熔覆件的質(zhì)量有很大的影響。激光熔覆中的過程參數(shù)主要有激光功率、光斑直徑、離焦量、送粉速度、掃描速度、熔池溫度等,他們的對(duì)熔覆層的稀釋率、裂紋、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性都有著很大影響。同時(shí),各參數(shù)之間也相互影響,是一個(gè)非常復(fù)雜的過程。必須采用合適的控制方法將各種影響因素控制在溶覆工藝允許的范圍內(nèi)。隨著控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,激光熔覆技術(shù)越來越向智能化、自動(dòng)化方向前進(jìn)。國外在這方面做地比較好。從直線和旋轉(zhuǎn)的一維激光熔覆,經(jīng)過X和Y兩個(gè)方向同時(shí)運(yùn)動(dòng)的二維熔覆,到上世紀(jì)90年代初開始向三維同時(shí)運(yùn)動(dòng)熔覆構(gòu)造金屬零件發(fā)展。如今,已經(jīng)把激光器、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控激光加工機(jī)、外光路系統(tǒng)、自動(dòng)化可調(diào)合金粉末輸送系統(tǒng)(也可送絲)、專用CAD/CAM軟件和全過程參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng),集成構(gòu)筑了閉環(huán)控制系統(tǒng),直接制造出金屬零件。標(biāo)志著激光熔覆技術(shù)的發(fā)展登上了新的臺(tái)階。各國在激光控制方面的研究的新成果往往都以..的形式進(jìn)行保護(hù), 如高質(zhì)量的同軸送粉熔覆系統(tǒng)以及閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)等。國內(nèi)西北工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)和中國科學(xué)院等單位在激光熔覆過程控制方面做了許多研究工作,國內(nèi)還有許多單位正在積極開展這方面的研究工作。清華大學(xué)機(jī)械系激光加工研究中心已研制出適合于直接制造金屬零件的各種規(guī)格的同軸送粉噴嘴和自動(dòng)送粉器,已申請(qǐng)相關(guān)發(fā)明..兩項(xiàng)。中科院已經(jīng)開發(fā)出集成化激光智能加工系統(tǒng)。但相對(duì)國外的研究和開發(fā)水平,國內(nèi)在控制方面的研究還處在起步階段,控制措施和手段還不完善。對(duì)激光熔覆融池溫度的閉環(huán)控制鮮有報(bào)道,對(duì)熔覆質(zhì)量的閉環(huán)控制系統(tǒng)研究的并不充分。

以上就是西安科普電鍍小編對(duì)于激光熔覆這塊的一些知識(shí)內(nèi)容講解，還有更多西安激光熔覆問題歡迎進(jìn)入官網(wǎng)進(jìn)行咨詢。