超高速线光斑激光熔覆不锈钢涂层显微结构及性能研究

目的设计超高速线光斑激光熔覆送粉喷嘴,在极高的熔覆效率和极低的搭接率下制备不锈钢熔覆涂层,对比研究圆光斑及线光斑下的熔覆涂层的微观组织结构及性能。方法基于送粉喷嘴流场及粉末粒子运动轨迹的模拟研究,设计超高速线光斑激光熔覆专用送粉喷嘴。在此基础上,以27Si Mn为基体,采用1mm×10 mm线光斑,在10%搭接率、熔覆效率4.5 m^(2)/h下,采用超高速线光斑激光熔覆FeCr合金薄涂层;作为对比,采用超高速圆形光斑(2 mm)激光在0.2 m^(2)/h熔覆效率下熔覆FeCr合金涂层。采用SEM、XRD对比分析线光斑/圆光斑涂层微观组织结构与涂层显微硬度。结果通收束角度为25°~27°的单流道送粉喷嘴可得到分布均匀、飞行速度适中的粉末束流。对比研究超高速线光斑及圆光斑激光熔覆涂层可知,相同扫描速度下2种光斑制备的涂层均较为致密,无裂纹与气孔,由熔覆层底部到熔覆层表面均呈现出平面晶—柱状晶—等轴晶的变化趋势,线光斑和圆光斑涂层硬度在700~800HV,线光斑下的熔覆层硬度分布更加均匀,表面粗糙度Ra可低至<4μm,搭接率可低至10%,熔覆效率可达4.5 m^(2)/h,远高于圆光斑激光下的熔覆效率。结论2种光斑模式下的涂层微观组织、相组成及硬度相当,但超高速线光斑激光熔覆层表面光洁度更高,表面粗糙度更低,熔覆效率可达圆光斑的20倍。

激光熔覆多道搭接成形质量与效率控制方法

目的揭示激光熔覆工艺参数对多道搭接成形质量与效率的耦合作用规律,提高多道搭接熔覆层表面与内部组织质量及成形效率。方法采用响应面中心复合设计建立激光功率、扫描速度、气流量和搭接率与多道搭接表面平整度、熔覆效率及气孔面积之间的数学模型,通过方差分析及检验指标,验证了所建立数学模型的正确性。结果激光功率和气流量对表面平整度的值影响并不显著。表面平整度的值与扫描速度、搭接率成反比;搭接率对熔覆效率的影响较为显著,搭接率的增大使熔覆效率减小;四个工艺参数对于气孔面积都有不同程度的影响,适当增大搭接率和减小扫描速度可以减小熔覆层气孔面积。以表面平整度最好、熔覆效率最高和气孔面积最小为目标优化工艺参数,通过试验获得表面平整度、熔覆效率、气孔面积预测值与实际值的误差分别为1.36%、6.12%、7.89%,进一步验证了该模型的准确性。结论该研究成果为多道熔覆涂层质量、熔覆效率的控制与预测以及工艺参数的优化提供了理论依据。

激光熔覆曲面基体曲线轨迹成形内部质量与效率影响研究

曲面基体熔覆层内部孔隙与成形效率的预测与控制是曲面类零部件大面积修复与再制造的前提。本文研究激光功率、扫描速度、气流量、圆柱基体半径对“曲面轨迹”成形内部质量(气孔率)与熔覆效率的作用规律。采用响应面法中心复合设计模块构建了工艺参数与响应目标的数学关系模型。通过方差分析,气孔率及熔覆效率R2分别为95.26%、94.28%,证明所构建模型的可靠性。四个输入参数对气孔率均有显著的影响,激光功率、扫描速度、圆柱基体半径对熔覆效率影响显著。最后基于所建立模型采用期望函数方法对气孔率最小及熔覆效率最大为目标进行综合优化,获得最佳工艺参数为激光功率1.6 kW,扫描速度7 mm/s,气流量1120 L/h,圆柱基体半径40 mm,气孔率及熔覆效率误差率分别为6.755%、5.417%,验证了模型准确性。所建立模型为“曲面基体曲线轨迹”熔覆成形内部质量与效率工艺参数优化及预测控制提供了指导意义。

激光熔覆Ni35A+TiC复合材料熔覆形貌及成形效率影响研究

为了揭示激光熔覆工艺参数及TiC粉末比例对复合材料熔覆形貌与成形效率的影响关系,改善熔覆形貌包括表面质量与基材熔化深度,提高复合材料熔覆成形效率,采用响应面法中心复合设计模块分析了激光功率、扫描速度、气流量及TiC粉末比例对复合材料熔覆形貌的影响规律,建立了工艺参数及TiC粉末比例与复合材料熔覆效率、基材熔化深度之间的数学模型,通过方差分析证明了模型的合理性.结果显示,气流量对复合材料熔覆形貌影响并不显著,熔覆形貌随着激光功率增大、扫描速度减小及TiC粉末比例减少而得到明显改善;扫描速度及TiC粉末配比对熔覆效率影响最为显著,合理减小TiC粉末配比及增加扫描速度可以有效提高熔覆效率;激光功率对基材熔化深度影响最显著且呈二次正相关关系,其余参数均呈负线性相关关系;分析发现不同材料的熔覆能量需求是导致不同材料成分比例复合材料熔覆效率及形貌差异的最主要原因.以熔覆效率最大及基材熔化深度最小为优化目标,对比预测值与实验值,得到熔覆效率及基材熔化深度的误差率分别为3.450%、5.386%.该研究为提高复合材料熔覆形貌及熔覆效率的预测与控制提供了理论依据.

液压千斤顶活塞杆用激光熔覆研究进展

综述了液压千斤顶活塞杆激光熔覆的研究进展,包括材料体系、耐蚀性能、耐磨性能、硬度、疲劳性能以及熔覆效率等方面。探讨了活塞杆常用熔覆层耐蚀性能的评价方法、性能参数及影响因素。各种试验结果表明,熔覆层的稀释和表面缺陷对耐蚀性能有不利影响,应通过工艺过程控制,同时完善检测手段;分析了液压千斤顶活塞杆的磨损机理及评价方法,重点探讨了常用材料在三体磨粒磨损与二体磨粒磨损工况下的耐磨性能,发现三体磨粒磨损和二体磨粒磨损对材料的硬度要求不同;考虑到第二相硬化导致耐蚀性能的降低,不应刻意通过第二相强化手段提高材料硬度而保证耐磨性能,应通过结构设计和维护保养避免磨粒磨损,在此前提下,保证熔覆层硬度在450HV左右是合适的。激光熔覆导致材料疲劳寿命的降低,主要原因在于残余拉应力和表面缺陷。鉴于加工硬化对熔覆层硬度和应力状态的影响,应进一步加强在疲劳寿命方面的研究,以进一步加快应用。为提高熔覆效率,在保证低稀释率的前提下,通过降低熔覆层的厚度,进而提高熔覆效率的方法是一种新的研究方向。

基于灰色关联分析激光熔覆Ni60A工艺参数优化

目的针对激光熔覆Ni60A成形效率问题,研究工艺参数对单道熔覆效率和高宽比的影响规律,实现熔覆层工艺参数的预测与优化。方法基于正交试验设计方法,采用信噪比对试验结果进行转换,并通过灰色关联分析多目标优化方法进行工艺参数优化。结果最优工艺参数:激光功率为1900 W,扫描速度为8 mm/s,气流量为16 L/min,离焦量为9 mm。与正交试验最优结果相比,熔覆效率从24.195 mm;/s提高到24.278 mm;/s,高宽比从0.712降至0.654。结论激光功率和离焦量对熔覆效率的影响最为显著,扫描速度和离焦量对高宽比的影响最为显著,验证试验结果与预测结果的误差仅为5.109%。利用灰色关联分析可实现激光熔覆多目标优化,为激光熔覆Ni60A成形效率工艺参数的预测和控制提供了理论依据。

超高速激光熔覆技术绿色制造耐蚀抗磨涂层

针对高端制造行业对绿色制造耐磨抗蚀涂层的高需求,对比分析了国内外超高速激光熔覆装备发展情况,着重介绍了自主研发的超高速激光熔覆设备.采用自主研发的超高速激光熔覆装备,分别进行了单道和多道熔覆的涂层试验,利用扫描电镜(SEM)、显微维氏硬度计和电化学工作站对涂层的界面质量、微观形貌和组织、力学性能以及耐蚀性能进行了系统的研究,同时与其他类型涂层做了横向对比分析.研究结果表明:超高速激光熔覆技术的加工效率高,可制备涂层种类多,适合工程化推广应用;制备的涂层表面成形好,内部组织结构致密无缺陷,与基体结合强度高,力学性能和耐蚀性能优异,能够满足高端装备关重件表面强化和功能化等众多需求.