激光熔覆

激光熔覆优缺点及适用范围
• 激光相变硬化 • 原理是在激光照射下使材料表面快速加 热至奥氏体化温度，随后通过热量往基 体内部的传导，使被加热表面以很快的 速度冷却，从而获得细小的马氏体组织， 以提高零件表面的耐磨性。它还可以通 度的增加并不明显。 过在表面产生压应力来提高疲劳强度， 但仅适用于固态具有多形性转变的钢铁 • 对于变形铝合金中那些可以热处理的强 • 激光熔凝硬化 • 变形铝合金中，那些不可以用热处理方 法强化的铝合金多为单相合金，其强度 的获得只是靠固溶强化和冷作硬化。对 于这类合金，采用激光熔化处理后，硬
度地不被熔化的基体材料所稀释。这样的
件，这样才能在激光照射后的快速凝固条
件下达到固溶强化、沉淀强化或第二相强 化等效果。
合金熔覆层基本保持了其原有成分和性质
不变。在这种情况下，稀释被认为是一种 污染，将降低熔覆层的性能。比之合金化， 激光熔覆能更好地控制表层的成分、厚度 和性能。
应用举例及误差分析
类材料。
化的铝合金，激光重熔后的强化效果取
决于合金的初始状态。
激光熔覆优缺点及适用范围
• 激光合金化 • 为了使合金化元素对铝基体产生强化作用， 引入的合金元素必须与铝基体满足液态互 溶、固态有限互溶或完全不容的热力学条 • 激光熔覆 • 与表面合金化不同，要求基体材料仅在表
面一极薄层熔化，以保证熔覆材料最大限
• 当前，我国的航天航空和汽车工业正处于发展阶段，尤其是汽车有着广阔的市场。 高强度铝合金的应用必将越来越广泛。因此，铝合金激光熔覆技术的开发和应用 有着巨大的潜力。
• 送粉精度和送粉的稳定性要求较高，激光作用时间控制需要准确控制。
video 2 Laser Cladding Application
• 合金同步供应法是指采用 专门的送料系统在激光熔 覆过程中将合金材料直接 送入激光作用区，在激光 的作用下合金材料和基体 材料的一部分同时熔化， 然后冷却结晶形成熔覆层。 优点：工艺过程简单，合 金材料利用率高，可控性 好，可以熔覆甚至直接成 型复杂三维形状的工件。
图3 合金同步供应法
• 合金同步供应法使用的合 金材料可以是粉末、丝材 或板材。由于激光熔敷合 金材料多数为粉末形式， 从80年代以来，同步送粉 激光熔覆技术受到高度重 视。 • 图4所示为同步送粉激光熔 覆系统示意图。送粉系统 主要包括送粉器和送粉头 两部分。
激 光 熔 覆
报告人：王保全
激光熔覆：是利用高能密度激ຫໍສະໝຸດ Baidu束将具有不同成分、性能的合金与 基材快速熔化，在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的 合金层的快速凝固过程。
图 1 激光熔覆原理示意
video 1 Laser Cladding Principle
根据合金供应方式的不同，激光熔覆可以分为两种，即 合金预置法和合金同步供应法。
图4 同步送粉激光熔覆系统示意图
激光表面强化特点
1加热、冷却速度快，处理效率高。 激光能量、光斑大小和形状以及激光照射时间 与其他 2 可以精确控制，强化效果好。 表面强 化处理 3只在需要的部位改性处理，热输入低，工件变 相比， 形小，甚至基本无变形。 激光表 4激光束易于传输和导向，因此可以对复杂零件 面强化 表面进行处理，如深孔和沟槽表面。 具有以 5易于实现自动化控制，劳动生产率高。 下特点： 6节省能源，不产生环境污染。
• 铝合金激光熔覆技术已开始在工业中得以应用，其典型代表是日本丰田汽车公司 在汽车发动机铝合金缸盖上激光熔覆铜合金直接制备出气阀座圈，取代传统粉末 冶金座圈的镶压工艺，使得气阀座的耐磨性、润滑性、耐咬粘性及冷却性均得到 了提高。延长了阀座寿命，改善了汽车发动机的性能。 现在，这种工艺在日本和
美国等国家均已得到应用，并已建立了工业生产线。
结
语
仍需解决以下问题： ①研制开发适合熔覆专用的材料体系 ②采取有效的手段检测熔覆过程中的应力，从根本上消除应力造成的裂纹问题 ③建立起适用的量化理论，通过数值模拟方法提高熔覆层的质量 ④激光熔覆设备的改进和研制，研制出光束质量高而且稳定的熔覆装备。
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• 合金预置法是指将待熔覆的合金材料 以某种方法预先覆盖在基材表面，然 后采用激光束在合金预覆层表面照射， 合金预覆层表面吸收激光能量使温度 升高并熔化，同时通过热传导将表面 热量向内部传输，使整个合金预覆层 及部分基材熔化，激光离开后熔化的 金属快速凝固而在基材表面形成冶金 结合的合金熔覆层。
图 2 合金预置法