logo

激光熔覆层的缺陷与表面质量

激光熔覆层厚度可达3.5mm以上,研究发现,熔覆层越厚,熔覆层的缺陷越多,熔覆层中常见的缺陷为气孔。激光熔覆中气孔产生的原因有:1.在激光熔覆过程中,保护气体对激光熔覆保护不佳,使空气中氧和氢进入熔覆层(有时也有保护气成分)。2.熔覆层中的低熔成分(包括粘结剂)与挥发出来的蒸气来不及析出,形成气孔。3.粉末图层中含有水分,在熔覆过程中有机物和水蒸气来不及析出形成气孔。4.激光工艺参数选择不当,例如激层形成气孔。

激光熔覆层得到质量问题主要表现在:表面不平整度;熔覆层的稀释率以及冶金结合强度;熔覆层得到气孔,夹杂尤其是裂纹间距。目前一把按认为影响激光熔覆层质量主要的问题是裂纹缺陷。激光熔覆具有广泛的应用前景,但因其缺陷同时也限制了激光熔覆向工业应用转化的速度。

激光熔覆中的裂纹主要在表面和界面搭接面产生并扩展,主要原因有:1.激光熔覆中快速加热,冷却,韧性较差的材料在收缩应力作用下拉裂;2.覆层与基体材料得到热物理性不一样,如膨胀系数不一致,使覆层被拉裂;3.合金元素的结晶偏析,宏观组成和组织不匀均造成拉应力产生;4.杂质和颗粒相形状多少与分布形式不均造成局部开裂;5.覆层能量输入太少,未熔透;6.气孔,杂质出萌生裂纹;7.复杂形状与结构会引起熔覆时热传递扩散不均匀,易出现裂纹,易引起应力不均与应力集中。

关于激光熔覆层的质量控制,国内外学者对激光熔覆层开裂问题进行了许多研究,探讨了采用多种方法来克服激光熔覆层开裂问题。

从激光熔覆层的设计来考虑 有人推导出了一个计算残余应力的微分公式,提出了激光熔覆相的概念。包括化学相容性,组织相容性和物理相容性,据此设计激光熔覆层,可有效防止熔覆层开裂还有人提出了按激光熔覆层材料与基体材料膨胀系数得到匹配公式来设计激光熔覆层材料(包括合金粉和基体)。从优化激光熔覆工艺参数来考虑 采用优化激光熔覆工艺参数(激光功率,扫描秒速度读,送粉率以及扫描光束重叠等)方法,可改善激光熔池的对流传质状态,以控制激光熔覆得到凝固过程,获得组织西米,均匀,无杂质,偏析的熔覆层。添加某些合金元素或稀土氧化物 这种方法可提高润湿性,增加激光熔覆层的韧性,例如,在基体表面采用激光熔覆Al2O3或ZrO2陶瓷层时,可添加一定量的Y2O3来改善陶瓷相对的润湿性。改进激光熔覆的工艺方法 有人提出在激光熔覆过程中,采取预热和后热处理措施,以降低熔覆层的抗应力;许伯藩等均提成双层预涂熔覆方法,以及二次激光熔覆方法。

采取辅助措施(例如电磁搅拌辅助激光熔覆) 在激光熔覆过程中施加电磁搅拌是借助于电磁力强迫激光熔池内的熔体流运动,改善凝固过程中的熔体流动,传热和传质,将树枝晶打碎,达到细化和均匀的目的,电磁搅拌能细化熔覆层的组织晶粒,均匀组织结构,减少或抑制偏析和组织结构疏松,监督固液界面的温度梯度,减少应力集中,提高覆层的韧性。因而在激光熔覆过程中辅加电磁搅拌能细化和均匀组织结构,减少夹杂,温度梯度和应力集中,从而有利于减少或抑制激光熔覆层的裂纹。

 

版权声明:
《工业激光应用》网站的一切内容及解释权皆归《工业激光应用》杂志社版权所有,未经书面同意不得转载,违者必究!
《工业激光应用》杂志社。
调查问卷期刊订阅