高速激光熔覆工艺参数对熔覆层组织和性能的影响

发布时间：2021-11-17

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激光熔覆是指将激光熔覆材料以不同方式添加到熔覆基体表面，并以激光束作为热源，将熔覆材料熔化凝固到基体表面，制备与基体具有冶金结合的表面涂层，从而实现材料的表面改性以及产品的表面修复等的工艺方法。激光熔覆技术可以在廉价金属基体表面制备高性能的涂层，具有很高的经济效益，获得了大量的关注和研究，并迅速发展起来，现已广泛应用于机械设备和重要零部件的表面强化和损伤修复等。

相比较于传统表面加工技术，激光熔覆制备的涂层组织均匀致密，晶粒细小，且热输入小，稀释率低，具有良好的应用前景，但是也存在一些问题。传统的激光熔覆稀释率常常在10％以上，熔覆层需要达到一定厚度才可以有效实现防护效果，且表面粗糙度较高，需要后续车削、磨削加工才可以投入使用，造成了材料的浪费。激光熔覆过程中激光能量主要作用在基体表面熔池，增大了激光能量对基体的热输入，可能因此产生较大应力，导致裂纹的产生。同时，传统激光熔覆在进行大面积熔覆时，生产效率较低，大大制约了激光熔覆技术的应用推广。

为解决上述问题，德国弗劳恩霍夫激光技术研究所开发高速激光熔覆技术，并于2017年完成了高速激光熔覆成套设备的开发。区别于传统激光熔覆的是高速激光熔覆技术利用同轴送粉方式，控制粉末在熔池上方的激光束汇聚，使大部分的激光能量直接作用于激光粉末上，熔覆粉末在到达熔池前就处于熔化或半融化状态，从而减少粉末在熔池中存在的时间，降低了对基体的热输入，极大地提高了熔覆效率和粉末利用率。

由于高速激光熔覆的工作特点与传统激光熔覆有所不同，为研究高速激光熔覆主要工艺参数对熔覆层组织与性能影响，采用高速激光熔覆技术，分别以不同激光功率、熔覆速度、熔覆道间距在9Cr2Mo钢基材表面制备M2高速钢涂层，对熔覆层微观组织及力学性能进行表征。结果表明：

·激光功率较大时，晶粒尺寸增大较明显；

·熔覆速度越高，晶粒越细小；

·减小熔覆道间距，晶粒有增大趋势；

·能量密度增大，晶粒有增大倾向，但各工艺参数对其影响程度不同，激光功率对其影响较大。

·其中熔覆层显微硬度受工艺参数影响较大。

激光功率较大时，熔覆层硬度增大，且层中硬度分布均匀，波动变化较小；随着熔覆速度的减小，熔覆层显微硬度明显提升；当熔覆道间距增大时，熔覆层显微硬度呈现下降趋势；随着能量密度的增大，熔覆层显微硬度呈现明显的上升趋势；但当能量密度较低时，熔覆层成形较差，难以形成较好的多道搭接。

由此可见改变高速激光熔覆工艺参数，提高对熔覆层的输入能量密度，可使熔覆层的显微硬度更加均匀，平均硬度明显提高。由此获得更高质量的熔覆层提供工艺化的依据，从而拓宽高速激光沉积技术的应用范围，促进其推广应用有着重要的意义。

文章来源于：激光网

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