《激光熔覆修复模具技术工艺规范》

《激光熔覆修复模具技术工艺规范》

激光熔覆修复模具技术是一个工艺流程系统。首先，应根据制品的服役条件或失效分析，确定对涂层的性能要求，据以选择恰当的熔覆合金材料和工艺。然后、实施激光熔覆工序施工，包括:基体的表面预处理，激光熔覆工艺及精加工，熔覆层质量检验。每道工序都必须严格按操作规程进行，检验合格，方能进行下一道工序。

一熔覆层系统设计

1.1 确定对熔覆层的功能尺寸要求

应确切了解欲激光熔覆模具的服役条件，或制品在使用过程中的失效原因，确定对熔覆层的功能尺寸要求。

1.2熔覆层材料的选择

只有熟悉并掌握丰富、全面的材料科学知识，才能做到正确合理地进行熔覆层系统设计，选择熔覆层材料。有关这方面的资料，可参考“机械制造工艺材料技术手册”第九篇“热喷涂材料技术手册”(机械工业出版社，1993，第一版)。

1.3 激光熔覆工艺选择

激光熔覆工艺的确定，应根据熔覆层材料的熔点、热导率、耐热震性及熔覆层与模具基体的结合强度要求，结合生产效率、成本等综合考虑。

二激光熔覆修复模具的基本程序

激光熔覆修复模具操作基本程序如下表：

三激光熔覆修复工艺

正确的激光熔覆工艺参数。应使被熔覆的合金粉末均匀熔覆到经预处理的基体表面上，形成优质涂层。

激光熔覆修复工艺参数的选择对激光熔覆修复过程、熔覆修复件的综合性能有着直接的重要影响。激光熔覆层的质量除了受熔覆材料和基体材料的熔点、导热系数、热膨胀系数、密度等物理性质和相互

之间的化学匹配性制约之外，主要取决于激光参数(输出功率、光斑形状和尺寸、光束输出模式)和工艺参数(扫描速度、预置粉层厚度、搭结率、预热温度及保护气体等)。

3.1 基材熔覆表面预处理

表面预处理是为了除掉基材熔覆部位的污垢和锈蚀，使其表面状态满足后续的前置熔覆材料或者同步供料熔覆的要求，主要包括喷涂表面的预处理和非喷涂表面的预处理。

①喷涂表面的预处理。基材表面常用火焰喷涂或者等离子喷涂，因此需要进行去油和喷砂处理。

去油一般用加热法，即基材表面加热到300-450℃左右去油;也可用清洗剂去油，常用的清洗剂包括碱液、三氯乙烯、二氯乙烯等。

喷砂是为了除掉基材表面的锈蚀，并使其毛化，从而有利于喷砂粉末的附着。

经过表面预处理的零件，不宜长久放置于空气中，以防再次污染。

②非喷涂表面的预处理。在采用勃结法预置熔覆材料或者同步法时，其表面也必须进行去油和除锈处理，但对毛化的要求没有喷涂表面那样要求严格。

3.2 激光熔覆工艺参数控制

3.2.1激光功率

激光功率是影响熔覆层质量的主要因素。功率越大，熔化的合金量越多，产生气孔的机率就越大，随着功率增加，熔覆层深度增加，周围的金属液体流向气孔而使气孔数量逐渐减少甚至得以消除，裂纹数量也逐渐减少。

3.2.1离焦量

离焦量△F是指熔覆修复时工件表面距激光焦点的距离。如果工件表面与焦点位置重合，则△F为零。工件表面在焦点位置以上，则规定△F为负值，反之则为正值。离焦量的大小是一个重要的工艺参数，它不仅改变激光熔覆时光斑的直径大小，而且改变光束的入射状况，对激光熔覆的熔深和横截面形状有明显影响。表面光斑直径随离焦量增加而增大。在激光能量足够的条件下，熔覆层宽度随光斑直径增大而增大。

3.2.3扫描速度

当其它参数不变时，随着扫描速度v的增大，由于单位时间内向熔池供给的能量减少，熔覆层高度H,宽度W均减小。并且W随v变化的幅度小于N随v变化的幅度。

3.2.4 送粉速率

对送粉量的要求是稳定、均匀和可控。要得到表面光滑致密的扫描线，粉层的厚度必须大于粉末体系中大颗粒直径的两倍。同时，送粉量也不能过大，过大的送粉量会使粉层不能受到激光的充足照射。粉末发生不完全熔化，影响成形件的品质。

3.2.5 搭接率

大面积激光熔覆修复搭接技术要求熔覆层整体上表面粗糙度小，几何尺寸差别不大，界面为冶金结合，组织细密均匀，宏微观缺陷少。搭接系数的选择必须根据熔覆层的性能、几何形状尺寸要求以及工艺参数之间的相互关系确定其合理的取值范围。