早期的激光合金化工作偏重於(yu) 工藝參數、組織和性能的研究。在激光合金化層中,存在表麵不平整和出現裂紋及氣孔的兩(liang) 個(ge) 重要問題,對此許多研究者做了大量的工作,提出了解決(jue) 辦法。
近期我國的激光合金化工作,有兩(liang) 項值得注意的進展。一項是清華大學把激光合金化技術應用到實際產(chan) 品上;另一項是北京航空航天大學采用激光合金化工藝來強化新型高溫結構材料——TiAl金屬間化合物,提高其耐磨性。清華大學結合沙漠車用F8L413F八缸風冷柴油機研製陶瓷挺柱的科技攻關(guan) ,在45鋼凸輪軸上成功地實現一種激光熔凝和激光合金化複合的表麵強化新工藝。
采用自行研製的TH-2型共晶合金化塗料,在凸輪的桃尖部分進行激光合金化處理,使其硬度達到60~67HRC,合金化層深1.3~1.5mm;凸輪的其它部分進行激光快速熔凝處理,獲得硬度55HRC,硬化層深0.8~1.0mm。凸輪強化表麵平整均勻,無氣孔和裂紋,實現了合理連續的組織與(yu) 硬度搭配,凸輪軸處理後無需校直。發動機經500h台階試驗和沙漠車上5個(ge) 月使用考核,表明激光強化的凸輪具有優(you) 異的耐磨性和抗疲勞性能。
此外還為(wei) 沙漠車用柴油機研製激光合金化的活塞環:活塞環基材是球墨鑄鐵,在激光加熱時,石墨氣化形成氣孔及裂紋。解決(jue) 途徑是采用自製TH-2,C-Si-B-RE共晶合金化塗料。由於(yu) 熔池內(nei) 的金屬液形成FeCSi共晶或過共晶,具有很低的熔點和良好的流動性,有利於(yu) 雜質和氣體(ti) 逸出;塗料中含有的微量稀土,在Fe-C合金液中有強烈的淨化和除氣作用。
同時在TH-2共晶合金化塗料中添加WC、TiC陶瓷粉末,得到的組織是高硬度的WC、TiC質點彌散分布在細小、均勻、致密的共晶FeCSiB介穩基底上。結果活塞環的合金化層平均顯微硬度達1200HV。這種活塞環和等離子噴塗陶瓷塗層缸套配對在摩擦學試驗和模擬沙漠使用環境的發動機台架試驗中顯示出優(you) 異的耐磨性。
北京航空航天大學采用激光氣體(ti) 合金化工藝方案,在TiAl金屬間化合物的激光表麵快速熔化過程中,強行向激光高溫熔池中引入高純氮氣,“原位”地在合金表麵製得以高硬度、高耐磨的氮化鈦為(wei) 增強相的表麵改性層。試驗結果表明激光氣體(ti) 合金化對提高TiAl金屬間化合物的耐磨性是一種很有前途的表麵改性新技術。
此外,還與(yu) 華中科技大學合作,用激光合金化生成TiC的方案來提高TiAl金屬間化合物的耐磨性:在TiAl金屬間化合物表麵均勻塗覆碳粉,用CO2激光進行激光表麵合金化,製得了以硬質TiC為(wei) 增強相的快速凝固“原位”複合材料表麵改性層。激光表麵改性層顯微硬度和組織具有較明顯的梯度漸變特征。清華大學近年來與(yu) 法國焊接研究所合作[44],研製大麵積激光合金化層。
用45kWCO2激光器,在XC38碳鋼上,對CSiB+NiMoCo塗層進行激光合金化處理,獲得了表麵光潔、無氧化和無裂紋缺陷的大麵積合金化層。合金化區的微觀組織由馬氏體(ti) 、殘留奧氏體(ti) 和多元共晶所組成,其硬度為(wei) 61~65HRC。
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