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軌道交通新聞

激光熔覆突破性的耐磨和減摩

星之球科技 來源:中國光電網2011-10-19 我要評論(0 )   

降低零部件磨耗的方法有兩(liang) 大類,一類是采用硬質材料,提高耐磨性;另外一類是采用減摩材料,降低摩擦係數。華工科技開發的一個(ge) 項目,通過激光非平衡合成技術,在材料表...

      降低零部件磨耗的方法有兩(liang) 大類,一類是采用硬質材料,提高耐磨性;另外一類是采用減摩材料,降低摩擦係數。華工科技開發的一個(ge) 項目,通過激光非平衡合成技術,在材料表麵添加納米超硬質耐磨

 
相(TiB2、TiC、 WC)和減摩相(h-BN, h-WS2, h-MoS2),快速合成金屬基耐磨減摩複合材料層,利用納米耐磨相和減摩相的小尺寸效應,將耐磨和減摩有機結合起來,這是表麵工程領域的一大突破。


鋁合金模具缺陷的激光修複
       鑄造鋁合金易產(chan) 生縮孔等缺陷,而這些缺陷往往是模具型腔尺寸加工到位以後才發現,輕者影響模具質量和使用壽命,重則導致模具報廢。
       模具激光焊接是以激光高熱能集中定點的精確焊接技術,有效處理模具的一些微小破損部分的焊接及修補工作,如:各種模具裂痕、砂眼、崩角、模具飛邊、密封邊等微小部位的修補,有傳(chuan) 統焊接不可替代的優(you) 勢,準確率高、速度快、深度大、變形小、強度高,加工後不會(hui) 發生氣孔,焊接過後可磨削加工成光亮表麵,特別適合有拋光要求模具修補。
        采用脈衝(chong) 激光修複鋁合金鑄造缺陷,利用能量密度高的特點,對鋁合金缺陷部位進行加熱,並加入同質鋁合金粉末,能實現模具的快速修複。激光修複層具有如下特點:1)修複區與(yu) 基材成分相近,2)界麵呈冶金結合,3)對基材的熱影響區小、無形變,4)修複層性能與(yu) 模具基材相當、易加工。
激光修複所需設備:1)激光器,2)加工機床,3)數控係統,4)送粉裝置,5)光學係統。
 

鎂合金鑄造缺陷的激光修複
       鎂合金鑄件常存在氣孔、夾雜等缺陷,而這些缺陷通常是零件加工到要求的尺寸後才被發現,因此導致鎂合金鑄件成品率很低。在鎂合金缺陷的修複過程中,麵臨(lin) 以下幾方麵的問題:
(1) 粗晶問題:鎂的熔點低(651℃),但因為(wei) 鎂導熱快,所以必須采用較大功率的熱源,這使得鎂合金易產(chan) 生過熱和晶粒長大。
(2) 氧化和蒸發:鎂的活潑性極高,在高溫下易被氧化形成氧化鎂,其熔點高(2500℃),密度大(3.2g/cm3),在熔池中易形成細小片狀的固態夾渣。而且,鎂合金在沒有隔絕氧的情況下,還容易燃燒。在高溫下鎂還容易和空氣中的氮化合生成鎂的氮化物,使熔區性能在冷卻後變壞。鎂的沸點不高(1100℃),高溫下,鎂很容易蒸發。所以鎂合金在熔化時需要嚴(yan) 格加以保護。
(3) 熱應力:鎂及其合金熱膨脹係數較大,約為(wei) 鋼的2倍,鋁的1. 2倍,所以,易引起較大的熱應力,加劇裂紋的產(chan) 生和引起工件變形。
(4) 裂紋:鎂容易與(yu) 一些合金元素(如Cu、Al、Ni等)形成低熔點共晶,所以脆性溫度區間較寬,易形成熱裂紋。
(5) 氣孔:容易產(chan) 生氫氣孔,氫在鎂中的溶解度隨溫度的降低而急劇減少,當氫的來源較多時,出現氣孔的傾(qing) 向是較大的。
(6) 熱源的控製:采用的熱源必須有足夠的能率,否則在加熱時,熱量會(hui) 迅速向基體(ti) 傳(chuan) 導,輕則熔化層過深,重則整個(ge) 基體(ti) 熔化。
       這使得鎂合金的修複較之普通材料實現起來更為(wei) 困難。
       本公司采用波長為(wei) 1.06μm的YAG激光,在專(zhuan) 用氣簾的保護下,有效避免了激光加工過程中,鎂合金的氧化,成功實現了鎂合金的激光修複。下圖分別為(wei) 單道和多道激光修複的形貌照片。從(cong) 橫斷麵分析來看,與(yu) 修複層無氣孔和裂紋、與(yu) 基材呈良好的冶金結合,且對基材的熱影響極小。
       應用領域:鎂合金鑄件缺陷的修複,如筆記本外殼、鎂合金儀(yi) 表盤、鎂合金汽車零部件等。
銅合金的激光熔覆
       銅具有很好的傳(chuan) 導性以及較好的機械性能,因而銅合金是工業(ye) 中不可缺少的金屬材料,在電力電器、機械製造、航空航天等行業(ye) 得到了廣泛的應用。近幾年來,銅價(jia) 的大幅度攀升進一步提高了銅合金零部件的成本,隨著科學技術日新月異的發展,迫切需要改進銅合金材料的性能,要求在保證高導熱性能或者高導電性的條件下,提高其硬度、耐磨性和抗電弧燒蝕性等。因此表麵改性是延長銅合金零部件使用壽命、降低其使用成本的有效途徑。
       目前,已有多種表麵強化方法(電鍍、化學鍍、陶瓷強化、複合強化等),但是其又存在著各自的優(you) 點、缺點,如:鍍層較厚、容易脫落、對環境有汙染等,所以表麵強化的技術需要進一步的改善和提高。激光表麵技術為(wei) 克服這些技術的難點提供了新的能量源和解決(jue) 思路。
但是銅合金表麵激光熔覆技術仍然存在著自身的問題:
1)銅合金的導熱性能良好、比熱容小、浸濕性能差、表麵有堅硬的氧化膜,對光斑的反射率較大,這就使得激光產(chan) 生的熱量在其表麵不易停留,直接熔覆功能塗層難以實現;
2)銅合金基體(ti) 與(yu) 塗層的材料體(ti) 係之間的性能差別很大,使用過程中的界麵失效問題要得到一定的重視,在中間要有相應的過渡層連接;
3)塗層內(nei) 韌性不足,熱裂和應力等缺陷存在於(yu) 塗層內(nei) 部。
       本公司采用了脈衝(chong) YAG激光成功地實現了銅合金表麵改性,為(wei) 提高銅合金的耐磨性提供了有效途徑。
 

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