半导体激光熔覆技术在矿用设备再制造中的应用探讨

高功率半导体激光器具有体积小、轻便灵活、电光转换效率高、能量分布均匀、与材料交互作用的吸收率高、能实现温度-功率闭环控制等特点,因此,新型半导体激光器可直接用于矿用设备复杂工件表面的再制造,具有无污染、易操控、高柔性、硬度均匀、强韧性好、变形小、耐磨性高,后续加工量小等特点。

高功率半导体激光熔覆絮状WC-Ni基超硬复合材料

高功率半导体激光器(HPDL)是新型先进装备,且体积小、电光转换效率高,在材料制备和加工方面具有良好的发展前景。使用3 kW高功率半导体激光设备,采用同步送粉的方式,在304不锈钢基体上制备絮状WC-Ni基超硬复合材料,获得了与基体冶金结合且无气孔和裂纹等缺陷的熔覆层。使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相表征。研究结果表明,采用半导体激光进行熔覆可获得WC较高质量分数(60%)且稀释率很低的WC-Ni超硬复合材料。激光熔覆WC-Ni基超硬复合材料的组织主要是γ-Ni,WC,W2C,Ni3B,CrB2等物相组成。激光熔覆层的硬度不均匀,其平均值为HV 1100,远高于基体硬度HV 350,过渡区处硬度呈很窄的梯度分布。

半导体激光熔覆高硬度铁基合金的耐磨性能研究

利用2kW半导体激光器和同轴送粉装置在40Cr表面进行激光熔覆铁基合金,解决易于失效的问题。通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机等对熔覆层的微观形貌、物相、显微硬度和摩擦磨损性能进行分析测试。结果表明,激光熔覆铁基合金的显微硬度提高2倍左右,平均摩擦系数和磨损量分别为基体的44%和35%。激光熔覆层中的晶粒细化和金属间化合物的形成对性能的提高起到重要作用。

半导体激光熔覆Co/B_4C复合材料的研究

采用3kW半导体激光在45#基体上激光熔覆Co/B4C复合材料,并研究了B4C含量对熔覆层裂纹、组织和硬度的影响规律,获得了最佳的B4C含量。结果表明,B4C含量从w(B4C)=1.0%增加到w(B4C)=2.0%时,熔覆层无裂纹和气孔等缺陷,B4C达w(B4C)=3.0%时,熔覆层出现裂纹;熔覆层与基体呈冶金结合,呈致密均匀的枝晶组织,枝晶组织随B4C含量增加逐渐细化;随着B4C含量的增加,熔覆层的显微硬度由无B4C的HV0.2 400提高到约HV0.2 900,强化效果显著。