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能源環境新聞

激光熔覆工藝中稀釋度與氣孔裂紋問題

johnny 來源:中科中美激光2018-07-03 我要評論(0 )   

稀釋度是衡量激光熔覆工藝質量的一個(ge) 重要參數,以定量描述塗層成分由於(yu) 融化的具體(ti) 材料混入塗層而引起的成分變化程度。稀釋率計算

 稀釋度是衡量激光熔覆工藝質量的一個重要參數,以定量描述塗層成分由於融化的具體材料混入塗層而引起的成分變化程度。

稀釋率計算可以通過測量塗層橫截麵積的幾何方法:

 

  稀釋率=基體(ti) 融化麵積/(塗層麵積+基體(ti) 融化麵積)   x100%

 

       當塗層厚度和功率密度一定時,稀釋度隨著激光能量密度增加而增加。能量密度越大,基體(ti) 的融化區域越多,則塗層成分的變化就越大。而粉末塗層厚度減小時,塗層的稀釋度增大;反之,粉末塗層厚度增大,則稀釋度減小,因為(wei) 粉末塗層增厚限製了基體(ti) 融化深度的增加。研究表明,對於(yu) 寬帶送粉激光熔覆,在激光處理參數保持不變的條件下,稀釋度隨掃描速度和送粉速度的增大而變小。為(wei) 保證高的塗層性能,除個(ge) 別特殊情況外,一般都要求其稀釋度盡可能低;在激光噴塗時,通常控製在5%左右;而對激光熔覆,其稀釋度亦應小於(yu) 10%,最好也在5%左右。實驗中,ZKZM中科中美4KW高速熔覆激光器在液壓支柱表麵鍍一層合金塗層,塗層厚度0.1mm,稀釋度檢測約為(wei) 6%

氣孔與(yu) 裂紋的問題

激光熔覆技術實現產(chan) 業(ye) 化的重要障礙之一是熔覆層質量的不穩定性,而其缺陷主要是氣孔、裂紋、變形和不平度;其中最棘手的問題是裂紋,而裂紋的產(chan) 生和擴展又與(yu) 氣孔的存在有關(guan) 。

裂紋產(chan) 生的主要原因是熔覆層中由於(yu) 快速加熱和冷卻而存在的殘餘(yu) 應力。此外,裂紋的產(chan) 生還受到熔覆過程中工藝參數、熔覆層和基體(ti) 材料、熔覆層厚度等多種因素的影響。抑製裂紋生成的主要方法有:采用預熱與(yu) 緩冷以減少裂紋生成的可能性和鬆馳應力;設計梯度熔覆層,在基體(ti) 材料與(yu) 熔覆層之間選用過渡熔覆層以緩和應力、減少裂紋產(chan) 生。

  氣孔的產(chan) 生是由於(yu) 熔覆材料的激光融化過程中有氣體(ti) 存在,且在快速冷凝時來不及逸出而導致的(一般多是由於(yu) 金屬中的碳與(yu) 氧反應或金屬氧化物被碳還原所形成的反應氣孔,也存在固定物質的揮發和濕氣蒸發等非反應性氣孔)。氣孔不僅(jin) 本身降低塗層性能,而且容易成為(wei) 裂紋萌生和擴展的聚集點,故控製氣孔也是防止熔覆層裂紋萌生和擴展的聚焦點,也是防止熔覆層裂紋的重要措施之一。控製氣孔主要從(cong) 兩(liang) 方麵考慮:一是采取防範措施限製氣體(ti) 來源(如粉末在使用前烘幹去濕、熔覆過程采用惰性氣體(ti) 保護熔池等);二是調整工藝參數,減緩熔池冷卻結晶速度以利於(yu) 氣體(ti) 逸出。

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