激光表面合金化可分为脉冲激光合金化和连续激光合金化。此外,按被渗透的合金元素的物质形态来分类,激光合金化哈可以分为激光固态合金化,激光液态合金化和激光气态合金化。
激光合金化和激光熔覆的质量与激光功率密度,作用时间(有扫描速度决定),基质材料性能(包括化学成分,几何尺寸,原始组织等)。引入材料(包括化学成分,粉末粒度,供给方式,供给量,热物理性质等)以及光束处理方式等因素有关。
激光合金化与熔覆材料的供料方式在激光合金化与熔覆工艺中,合金化与熔覆的材料供给方式大体上可分为两类:一类是预沉积式,即合金化材料或熔覆材料在激光辐照前已沉积咋爱基体材料的表面上;另一类是同步沉积式,即在激光照射基体表面的同时,将合金化材料或被熔覆的材料引入熔池内。
(1)预沉积式 当采用Q开关脉冲激光合金化时,其融化层极薄,只能实现薄层表面合金化。在这种情况下,只有采用预沉积方式引入极薄的合金(小于50mm),预沉积方式一般包括真空蒸镀法,离子注入法或溅涂法。
要得到较厚的预沉积层可采用电镀法,喷涂法或轧制法,也可采用人工或机械刷涂方式。理想的预沉积层要求图层均匀,空隙率低,且与基体有良好的粘结性。电镀法工艺简单,但缺点是沉积层中有打理啊那个的氢气存在,这样在融化的过程中,随着加热温度的升高,氢气有逸出熔池的趋势。如果合金熔体结晶凝固速度大于氢气逸出熔池表面的速度,则在合金凝固后,气内部存在大量气孔,这显然是极为不利的。
喷涂法主要由火焰喷涂,邓丽之喷涂以及爆炸喷涂三种方式,这种方法的优点是沉积厚度易控制。主要缺点是受工件形状限制,且成本较高。目前人工刷图方法应用较为广泛。这种当方主要采用各种粘合剂,在常温下机啊昂合金粉末调和在一起,然后以膏状或糊状刷涂在待涂金属表面。常用的粘合剂有清漆,硅酸盐胶,含氧纤维素,酒精松香溶液,脂肪油,环氧树脂,异丙基醇等。采用粘合剂法沉积合金粉末是zui经济和方便的。但是,这种沉积层的导热性不佳,需要消耗更多的激光能量,此外,所选用的粘合剂必须易挥发,不损坏合金层性能,并且不含水分,有利于合金层的形成。在进行激光合金化或激光熔覆时,大多数粘合剂将燃烧或发生分解,并形成炭黑产物。这可能导致预沉积区内的合金粉末溅出和对辐射激光的周期性屏蔽,其结果是熔化层的深度不均匀,并且使合金元素的含量下降。
在研究对基体表面预涂合金粉末层的各种方法(滚轧,电解,等离子喷涂,机械涂刷等)时,发现合金粉末层与基体材料之间得到热阻很大,这不利于基体表面的熔化,同时会造成合金元素的蒸发。
当合金粉末含有氧元素时,对激光涂覆的质量将产生影响,如果合金粉末氧元素的含量较高,则可能形成平滑的涂覆表面,而且激光处理速度快,其原因是含氧较高的合金粉末对激光的吸收率高,而且氧使熔池表面张力下降。
(2)同步沉积法 同步沉积式是直接将粉末送入激光熔化区的方法,常以气体为载体。较常用的位气相送粉法。气相送粉法具有一系列优点,它大大降低合金化层或涂覆层的不均匀性及形成泪珠状表面特征的可能性。气相送粉法减少了激光对基体材料的热作用。在气相送粉法中,激光作用后的质量由下列特征指标确定:1.熔化深度以及宽度,以及他们的均匀性;2.混合系数,它是指在熔池对的截面内,基体的熔化面积和整个熔化面积之比;3.粉末利用率,它是形成合金熔化区或涂覆区的粉末消耗量与粉末总供量之比。
2.合金粉末
激光合金化和熔覆一般均以合金粉末为引入材料。激光合金化和熔覆的应用对粉末有以下基本要求:1.应具有所需要的使用性能,如耐磨,耐腐蚀耐高温,抗氧化等特性;2.具有良好的固态流动性,粉末的流动性与分离的形状,粒状,表面形状以及粉末的湿度等因素有关;3.粉末材料的热胀系数,导热性应尽可能与工件材料接近,以减小合金层的残余应力。4.具有良好的湿润性,湿润性与表面张力有关,表面张力越小,湿润度越小,液体流动性越好。
常用于激光合金化或溶度的粉末有:1.自熔化性合金粉末。目前国内生产的自熔性合金粉末可分为镍基,钴基和铁基三大类,还有WC型自熔性合金粉末,他是在上述三大类合金中加入一定量的高硬度WC制成的。2.复合粉末,复合粉末是一种新型的白面强化工程材料。复合粉末主要有:硬质耐磨复合粉末。
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