1. 激光表麵非晶化原理
利用能量密度數量級高達106W/cm2的C02激光器連續激光束,以極快的速度(如l~lOm/s)掃描,在金屬表麵形成過熱度很高的薄層熔體(ti) 。同時,在熱量尚未傳(chuan) 給冷基體(ti) 的條件下,熔體(ti) 與(yu) 相鄰冷基體(ti) 之間保持了很大的溫度梯隊,從(cong) 而實現了熔體(ti) 的超快速冷卻,使熔體(ti) 過冷至其晶化溫度Tg以下,防止晶體(ti) 成核和生長,從(cong) 而在金屬表麵形成非晶。
在激光加熱表麵形成熔體(ti) 後,能否在表麵形成非晶,取決(jue) 於(yu) 熱力學和動力學的諸多瞬間特性,如熔層的深度、溫度、化學成分及其均勻性;固~液間的溫度梯度、凝固速度、冷卻速度等。
2. 激光非晶化工藝
為(wei) 了在鋼鐵和Ni基合金等形成非晶臨(lin) 界冷卻速度很高的金屬材料表麵獲得非晶層,可以在激光非晶化處理前對基體(ti) 材料表麵進行預處理。預處理的方法包括:激光合金化;電鍍或氣相沉澱;粘結或等壓。目的是在表麵形成易形成非晶的合金層。
目前,激光非晶化技術遠不如激光淬火及塗覆或合金化工藝那樣成熟,可直接借鑒的資料不多,還沒有相應的手冊(ce) 或數據庫。因而,具體(ti) 實施激光非晶化時,其最佳激光參數,要通過分析總結激光參數~結構鑒定~性能的試驗結果來獲得。
3. 激光非晶化結構性能及應用
激光非晶化層在金相及電鏡下觀察無結晶特征,呈均勻的亮白色。X射線譜為(wei) 變化緩慢的“饅頭峰”,電子衍射像為(wei) 彌散的暈環。激光非晶層的顯微硬度遠高於(yu) 相應成分的晶體(ti) 相,其值約為(wei) HV=6000~12000MPa。
激光非晶化研究工作始於(yu) 70年代中期,但至今其開發應用尚未取得突破性的進展。一些成功的研究有:Fe40Ni40P12B8合金通過表麵預處理+表麵塗層+2kW連續激光快速熔凝及搭接技術,在合金表麵獲得了大麵積的非晶層。Pd—Cu—Si合金采用300~500W C02連續激光,熔池直徑0.2mm,掃描速度為(wei) 100~800mm/s,掃描搭接平行移動距離為(wei) 0.075~0.1mm的條件下,在合金表麵獲得了大麵積非晶。但同樣激光參數用於(yu) Fe—10Cr—5Mo合金,則隻在單道掃描時形成非晶,而在搭接的熱影響區發生了晶化。激光合金化成功的應用報道並不多,但效果相當不錯。如紡紗機鋼令跑道表麵硬度低,易生鏽,造成鋼令使用壽命低,紡紗斷頭率高。用激光非晶化處理後,鋼令跑道表麵的硬度提高至1000HV以上,耐磨性提高l~3倍,紡紗斷頭率下降75%,經濟效益顯著。汽車凸輪軸和柴油機鑄鋼套外壁經激光表麵非晶態處理後,強度和耐磨蝕性均明顯提高。激光表麵非晶態處理對消除奧氏體(ti) 不鏽鋼焊縫的晶界腐蝕也有明顯效果,還可用來改善變形鎳基合金的疲勞性能等。
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