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浅析激光熔覆材料的选择与设计

激光熔覆技术兴起于20世纪80年代,是利用具有高能密度的激光束使某种特殊性能的材料熔覆在基本材料并与之相互融合,形成与基体成分和性能完全不同的合金熔覆层的一门新兴技术。时至今日,选择合适的熔覆材料对于熔覆成品质量仍是个关键的问题,那么熔覆材料的设计与选用有哪些要素呢?

激光熔覆材料的设计

激光熔覆材料一般要根据使用性能要求与熔覆基体的匹配状况来选配。在一定工作环境下,针对某一基体而言存在一种最佳的涂层合金。目前,涂层材料是否具有良好的匹配关系,成了激光熔覆技术的一个重点。另外在设计激光熔覆材料是不能一昧地追求涂层材料的使用性能,还要考虑图层材料是否具有良好的涂覆性能,主要考虑以下几个方面:

1、线胀系数相近

激光熔覆层中产生裂纹的重要原因之一是熔覆材料与基体金属两者的线胀系数存在差异。因此选择熔覆层材料首先要考虑熔覆层与基材线胀系数的匹配。熔覆层与基材的线胀系数匹配性好对结合强度、抗热振性能、抑制裂纹萌生和扩展能力有重要的提高作用。若两者线胀系数差异太大,则激光熔覆过程中熔覆层容易产生裂纹、开裂甚至剥落。

2、熔点匹配

激光熔覆时应采用相对于基体有适应熔点的涂层材料。也就是说,熔覆材料基体金属的熔点不能相差太大,否则难以形成与基体良好的冶金结合且稀释度的熔覆层,熔覆质量大大降低,不能形成良好的冶金结合。

一般情况下,若熔覆材料熔点过高,加热时熔覆材料熔化少,则会使涂层表面粗糙度高,或者基体表面过度熔化导致熔覆层稀释度增大,熔覆层被严重污染;若熔覆材料熔点过低,则会因熔覆材料过度熔化导致熔覆层产生空洞和夹杂,或者基体金属表面不能很好的熔化,熔覆层和基体难以形成良好的冶金结合。因而在激光熔覆中,一般选择熔点与基体金属相近的熔覆材料。

3、熔覆材料对基体的润湿性

除了考虑熔覆材料的热物理性能外,还应考虑其在激光快速加热下的流动性、化学稳定性,硬化相质点与黏结相金属的润湿性以及高温快冷时的相变特性等。熔覆过程中,润湿性也是一个重要的因素。特别是要获得满意的金属陶瓷涂层,必须保证金属相和陶瓷具有良好的润湿性,熔覆材料和基体金属、熔覆材料中高熔点陶瓷相颗粒与黏结金属之间都应具有良好的润湿性。

激光熔覆材料的选用

激光熔覆材料的选用主要从使用性能和工艺性能角度出发。在选用熔覆材料时,首先考虑的是熔覆层的服役条件对使用性能的要求,主要包括耐磨性、耐腐蚀性、耐热性能、抗热疲劳性、抗高温氧化性能、导电(绝缘)性能等方面。在此基础上,激光熔覆材料的选择还应考虑激光熔覆工艺性,例如熔覆层成形性、与基体的冶金结合性、抑制裂纹气孔气孔缺陷能力以及对激光熔覆参数的适应性等方面。

宝宇激光专注于激光熔覆工艺研发与装备制造,为满足激光熔覆以及超高速激光熔覆的熔覆层的苛刻要求,宝宇激光凭借自身领先的技术研发实力,形成了系列激光熔覆的关键材料数据,并在实践中建立了适应不同工况需求的激光熔覆合金粉末库。要知道选择与基体材料相匹配的熔覆材料,可最大限度的发挥材料的潜力,不仅可以提高工件的使用性能、缩短产品的制造周期,同时还能获得显著的经济效益。

目前宝宇高速激光熔覆技术与配套设备和熔覆材料已成功应用于多家大型煤机企业,例如郑煤机、陕煤机、同煤机,熔覆效率为常规熔覆企业的3~4倍,可满足高效率生产需求,产能高、交付速度快;且熔覆后产品寿命是传统工艺的3倍,完全实现了绿色无污染的智能加工。

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