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        高速激光熔覆,激光淬火

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        激光淬火,激光熱處理
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        高速激光熔覆優勢和關鍵技術問題解析

        2021-07-09 16:52:05

        激光熔覆技術是利用激光的高能量密度熔化加入的金屬合金粉末,并與微熔的基體表面層形成界面為冶金結合的涂層,進而顯著提升零部件的表面層耐磨性能、耐腐蝕性能和使用期限的增材制造技術。

        高速激光熔覆技術是在激光熔覆基礎上快速發展起來的一項新工藝,是增材制造行業領域革命性的突破,高速激光熔覆在國內剛起步不久,得到了國家的高度重視,已被列入我國“中國制造2025”的重要戰略規劃發展方向之一。

        高速激光熔覆的由來

        高速激光熔覆

        高速激光熔覆由德國Fraunhofer激光研究所的Thomas Schopphoven等在JOURNAL OF LASER APPLICATIONS學術期刊上發表了名為“Investigations on ultra-high-speed laser material deposition as alternative for hard chrome plating and thermal spraying”的論文,目的在于利用高速激光熔覆代替傳統式鍍硬鉻和熱噴涂工藝。該技術在德國弗勞恩霍夫運用促進協會年度科學技術獎勵大會中,榮獲Fraunhofer科技創新獎。

        高速激光熔覆的優勢

        高速激光熔覆利用極高的激光掃描速度,得到比傳統式激光熔覆層更均勻的涂層厚度、更平整表面質量、更低的稀釋率、更高的沉積效率、更小的工件形變量,已成為世界各國科研機構和企業重點關注的激光應用新的領域。

        下表列出了高速激光熔覆與傳統式激光熔覆的主要數據對比。

        從上表能夠看得出,高速激光熔覆技術在激光制造和再制造行業領域運用中,能有效的減低機加工成本,提升產品質量,增加產品使用期限,特別是在液壓支柱、軸類零件、大型覆蓋件模具、閥門等應用領域,有著廣闊的應用前景。

        高速激光熔覆的關鍵技術

        1.器件方面

        激光器:

        長時間工作條件下,激光器的功率穩定性、光束模式及其穩定性,是高速激光熔覆最主要的技術,如何提高目前的三大類激光器(即光纖激光器、半導體激光器和碟片激光器)激光功率的穩定性,改進光束模式及其穩定性,是擺在面前的主要技術難題。

        熔覆頭:

        粉末焦點與激光束焦點的同步效果差,使得合金粉末利用率較低;

        合金粉末在到達激光熔池以前,粉末受激光能量的輻照的時間較短,粉末的溫度較低,使得超高速激光熔覆的效率降低,熔覆層的稀釋率很難把控;

        送粉嘴出口粉末的分布密度與激光能量密度的匹配關系不清楚,使得熔覆層的厚度均勻性差,表面粗糙度偏高;

        粉嘴選用銅合金制造,其耐磨性能差,使用期限長。

        送粉器:

        送粉器送粉速率的穩定性決定了高速激光熔覆層表面的平整度,目前我國所采用的刮板式送粉器,其精度有待進一步提高。

        2.粉末材料及激光與材料作用機理方面

        國內外缺少對超高速激光熔覆專用粉末的系統研究,特別是在新型非晶和高熵合金粉末研制。許多基礎性技術問題缺少系統的研究及進一步探討,比如激光高速熔覆中專用材料的特性、激光能量分布特征、熔覆層溫度場和質場分布機理等,因此造成了熔覆層粉末利用率低、熔覆層的微觀和宏觀質量可控性能差、熔覆層的性能無法滿足復雜工況下的需求等致命問題,這在很大程度上限制了該新技術的應用效果。



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