激光熔覆技術可顯著改善金屬表麵的耐磨、耐腐、耐熱水平及抗氧化性等。目前有關(guan) 激光熔覆的研究主要集中在工藝開發、熔覆層材料體(ti) 係、激光熔覆的快速凝固組織及與(yu) 基體(ti) 的界麵結合和性能測試等方麵。
飛機機體(ti) 和發動機鈦合金構件除了在工作狀態下承受載荷外,還會(hui) 因發動機的啟動/停車循環形成熱疲勞載荷,在交變應力和熱疲勞雙重作用下,產(chan) 生不同程度的裂紋,嚴(yan) 重影響機體(ti) 或發動機的使用壽命,甚至危及飛行安全。因此,需要研究航空鈦合金結構的表麵強化方式,發揮其性能優(you) 勢,使之得以更廣泛的應用。
陶瓷分為(wei) 氧化物陶瓷和碳化物陶瓷,氧化鋁、氧化鈦、氧化鈷、氧化鉻及其複合化合物是應用廣泛的氧化物陶瓷,也是製備陶瓷塗層的主要材料。碳化物陶瓷難以單獨製備塗層,一般與(yu) 具有鈷、鎳基的自熔合金製備成金屬陶瓷,該金屬陶瓷具有很高的硬度和優(you) 異的高溫性能,可用作耐磨、耐擦傷(shang) 、耐腐蝕塗層,常用的有碳化鎢、碳化鈦和碳化鉻等。采用激光熔覆製備陶瓷塗層可先在材料表麵添加過渡層材料(如NiCr、NiAl、NiCrAl、Mb等),然後用脈衝(chong) 激光熔覆,使過渡層中的Ni、Cr合金與(yu) 陶瓷中Al2O3、ZrO2等材料熔覆在基體(ti) 的表麵,形成多孔性,基體(ti) 中的金屬分子也能擴散到陶瓷層中,進而改善塗層的結構和性能。
飛機製造中較多采用鈦合金,如Ti-6Al-4V鈦合金用於(yu) 製造高強度/重量比率、耐熱、耐疲勞和耐腐蝕的零部件。但在這些鈦合金的加工製造中,傳(chuan) 統工藝方法有許多難以克服的弱點,如生產(chan) 隔板是由數英寸厚和數十千克重的齒形合金板加工而成的,而獲得這些合金板成品需要一年以上。因為(wei) 難以加工,加工這種零件需要花費加工中心數百小時的工作量,磨損大量的刀具。而激光熔覆技術在這方麵具有較大優(you) 勢,可以強化鈦合金表麵、減少製造時間。
激光熔覆是現代工業(ye) 應用潛力最大的表麵改性技術之一,具有顯著的經濟價(jia) 值。20世紀80年代初,英國Rolls·Royce公司采用激光熔覆技術對RB211渦輪發動機殼體(ti) 結合部位進行硬麵熔覆,取得了良好效果。
近年來,美國AeroMet公司的研發有了實質性的進展,他們(men) 生產(chan) 的多個(ge) 係列Ti-6Al-4V鈦合金激光熔覆成形零件已獲準在實際飛行中使用。其中F-22戰機上的2個(ge) 全尺寸接頭滿足疲勞壽命2倍的要求,F/A-18E/F的翼根吊環滿足疲勞壽命4倍的要求,而升降用的連接杆滿足飛行要求、壽命超出原技術要求30%。采用激光熔覆技術表麵強化製造的鈦合金零部件不僅(jin) 性能上超出傳(chuan) 統工藝製造的零件,同時由於(yu) 材料及加工的優(you) 勢,生產(chan) 成本降低20%~40%,生產(chan) 周期也縮短了約80%。
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