激光熔覆技术.

激光熔覆技术简介演讲人：李航学号：2111302042激光熔覆技术简介•激光熔覆技术•激光熔覆技术国内外研究现状•激光熔覆技术发展趋势•结论•参考文献激光熔覆技术激光熔覆技术又叫激光再制造技术、激光修复技术，一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。激光熔覆技术是利用激光和纳米材料对各类零件进行合金强化处理的新兴技术，处理后能够显著提高其表面的硬度和耐磨性，延长零件的使用寿命。激光熔覆技术•尽管激光熔覆技术是由上个世纪60年代提出，并于1976年诞生了第一项高能激光熔覆的专利。•但由于这门学科是涉及光、机、电、物理、化学、材料、计算机等的跨学科的高新技术，它的发展必然要依靠其他技术的成熟而发展。•激光熔覆技术得到发展，还是近期随着大功率激光器的成熟与普及使激光熔覆技术走出了实验室开始了工业推广应用。应用于激光熔覆的材料•应用于激光熔覆的材料较为广泛。目前已成功开展了在不锈钢、模具钢、可锻铸铁、灰口铸铁、铜合金、钛合金、铝合金及特殊表面钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。•其中激光熔覆铁基合金粉末适用于要求局部耐磨，而且容易变形的零件。•镍基合金粉末适用于要求局部耐磨、耐热、耐腐蚀及抗热疲劳的构件。•钴基合金粉末适用于要求耐磨、耐腐蚀及抗热疲劳的零件。•陶瓷涂层在高温下有较高的强度、热稳定性好、化学稳定性高，适用于要求耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性的零件。激光熔覆设备激光熔覆工艺•激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。•预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。•同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。激光熔覆工艺流程预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。激光熔覆工艺参数•激光熔覆的工艺参数主要有激光功率、光斑直径、熔覆速度、离焦量、送粉速度、扫描速度、预热温度等。这些参数对熔覆层的稀释率、裂纹、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性等有很大影响。各参数之间也相互影响，是一个非常复杂的过程，须采用合理的控制方法将这些参数控制在激光熔覆工艺允许的范围内。激光熔覆的主要工艺参数•激光功率：激光功率越大，融化的熔覆金属量越多，产生气孔的概率越大。随着激光功率增加，熔覆层深度增加，周围的液体金属剧烈波动，动态凝固结晶，使气孔数量逐渐减少甚至得以消除，裂纹也逐渐减少。当熔覆层深度达到极限深度后，随着功率提高，基体表面温度升高，变形和开裂现象加剧，激光功率过小，仅表面涂层融化，基体未熔，此时熔覆层表面出现局部起球、空洞等，达不到表面熔覆目的。激光熔覆的主要工艺参数•熔覆速度：熔覆速度V与激光功率P有相似的影响。熔覆速度过高，合金粉末不能完全融化，未起到优质熔覆的效果；熔覆速度太低，熔池存在时间过长，粉末过烧，合金元素损失，同时基体的热输入量大，会增加变形量。激光熔覆的主要工艺参数•光斑直径：激光束一般为圆形。熔覆层宽度主要取决于激光束的光斑直径，光斑直径增加，熔覆层变宽。光斑尺寸不停会引起熔覆层表面能量分布变化，所获得的熔覆层形貌和组织性能有较大差别。一般来说，在小尺寸光斑下，熔覆层质量较好，随着光斑尺寸增大，熔覆层质量下降。但光斑直径过小，不利于获得大面积的熔覆层。激光熔覆的两大主要作用•修复作用激光熔覆的两大主要作用•修复前和修复后对比激光熔覆的两大主要作用•成本的节约例如：1.如果一个工件需要得到钛的性能，但是用钛合金材料制造整个工件成本又太高，有了激光熔覆就可以把钢作为工件的材料，然后再工件上熔覆一层钛合金，这样就既节约了成本又使工件具有钛的性能。2.在电触头行业，在铜基体上激光熔覆厚度小于0.02mm粉末银涂层代替对人体有害的电镀工艺，减少对贵重金属的浪费，生产效率大大提高。国内研究现状•我国激光熔覆加工的研究始于上世纪90年代初期，从九十年代后期至今一直保持高涨的研究热情，研究范围广泛，目前仍有大幅增长的趋势，研究内容主要涉及以下方面：1.激光熔覆同轴送粉器以及利用CCD红外检测激光熔覆温度场的研究。2.激光熔覆制备耐磨涂层。3.激光工艺参数的研究。激光熔覆的两大主要作用•修复前和修复后对比国外研究现状•国外对激光熔覆加工始于上世纪80年代，比我国早十年左右的时间，国外的研究主要集中在下面三个地区：1）欧洲（德国、英国、芬兰、法国、瑞典、葡萄牙）2）北美（美国）3）亚洲（日本、澳大利亚、新加坡）国内研究现状4.在激光熔覆过程中，添加某种金属元素，对特定合金组织形成的影响。5.扫描速度对熔覆层硬度和厚度的影响。6.激光熔覆制备金属基复合涂层以提高机械性能。7.Mg表面熔覆金属材料涂层的机械性能。8.激光熔覆设备的研究。欧洲研究现状•欧洲在激光熔覆领域的主要研究内容包括：（1）对激光熔覆过程的研究与理解（2）激光熔覆制备金属基复合涂层以提高机械性能（3）激光熔覆恢复零件和工具性能（4）激光熔覆过程显微裂纹和残余应力（5）激光熔覆涂层的电化学性质（6）Mg合金表面激光熔覆显微组织性能。北美研究现状•激光熔覆耐磨工具钢制造切割和冲压模具。•激光熔覆TiB制备耐磨涂层，铝基材料激光熔覆铜合金。亚洲研究现状亚洲在激光熔覆领域主要研究内容包括：（1）激光熔覆应用于增强零件性能（2）激光熔覆制备增强金属基复合涂层（3）激光熔覆过程中显微裂纹和残余应力（4）激光熔覆涂层的电化学性质现状总结•国外对激光熔覆加工领域的研究主要集中在微观组织结构和金相分析、激光熔覆涂层的性能、熔覆层缺陷以及激光熔覆过程关键因素的检测与控制、激光熔覆加工设备和附属设备、激光熔覆过程中显微裂纹和残余应力的控制的研究以及近年来对无定性组织Mg合金表面激光熔覆不同材料的机械性能分析。激光熔覆技术发展趋势在不久的未来，激光熔覆的技术希望能覆盖所有工业行业，在加大宣传力度、顺应市场需求的同时也要不断提高核心技术的的高科技性，促进科技与市场大力发展。结论随着科学技术的不断发展和进步，激光熔覆技术将具有更为广阔的发展前景，但仍需解决以下问题，才能适应其发展：（1）研究开发适合熔覆专用的材料体系（2）取消有效的手段检测熔覆过程中的应力，从根本上消除应力造成的裂纹缺陷问题。(3)建立起适用的量化理论，通过数值模拟方法提高熔覆层的质量。（4）激光熔覆设备的改进和研制，研制出光束质量高而且稳定的熔覆设备。•Hazra,M(Hazra,M.)[1];Mondal,AK(Mondal,A.K.)[1];Kumar,S(Kumar,S.)[1];Blawert,C(Blawert,C.)[2];Dahotre,NB(Dahotre,NarendraB.)[3].LasersurfacecladdingofMRI153Mmagnesiumalloywith(Al+Al2O3).SURFACE&COATINGSTECHNOLOGY.MAY302009参考文献•杨宁;杨帆.激光熔覆技术的发展现状及应用.热加工工艺.2011-04-25•王东生;田宗军;沈理达;黄因慧.激光熔覆技术研究现状及其发展.应用激光.2012-12-15•张坚;吴文妮;赵龙志.激光熔覆研究现状及发展趋势.热加工工艺.2013-03-25•王斌修;李成彪.激光熔覆技术研究现状及展望.机床与液压.2013-04-15•贺长林;陈少克;周中河;陈琼雁;舒俊.激光熔覆金属基碳化钛强化涂层的研究现状及应用前景.热加工工艺.2013-06-25谢谢倾听