Inconel 738激光熔覆层的裂纹控制方法

针对镍基高温合金激光熔覆过程中覆层极易产生裂纹的问题,在高温合金K438基体上激光熔覆Inconel 738合金粉,研究了熔覆层的开裂机理以及裂纹控制方法。裂纹由靠近基体端的过渡层产生并扩展到熔覆层,具有典型的沿晶特征,裂纹的形成主要与熔覆层中的热输入和低熔共晶相有关。从减少激光熔覆层中的低熔共晶相出发,通过优化激光熔覆工艺参数、添加适量Y2O3以及对基体进行同步冷却,可在一定程度上减少甚至避免熔覆层裂纹的产生。     

一种通过改变激光功率密度分布控制熔覆层裂纹的方法

为了降低激光熔覆过程中熔覆层热应力从而减少裂纹的生成,提出了一种通过改变激光功率密度分布来控制熔覆层裂纹的方法,并用数值模拟的方法对均布及凸字形光斑熔覆过程进行了热力耦合有限元分析。结果表明,用均布光斑熔覆呈现出激光加工典型的快速加热、快速冷却特征,而采用凸字形光斑可在一定程度上起到预热、缓冷的效果,从而降低了熔覆区与非熔覆区的温度梯度,另外,在熔覆效果相当的前提下,其熔覆层热应力也较小,因而可以有效地减小熔覆层的开裂趋势。     

高温合金K403的激光熔覆研究

研究了高温合金K403基体上商用镍基自熔合金和自配无硼、硅元素镍基合金的激光同步送粉熔覆过程,分析了基体组织状态、熔覆层材料和熔覆工艺参数对熔覆层裂纹倾向的影响,探讨了激光熔覆技术强化和修复高温合金叶片的可行性。研究发现,激光熔覆时大多数裂纹是从基体侧形成后深入到熔覆层中,而基体组织中缩松等铸造缺陷及晶界低熔点共晶的存在是熔覆层开裂的重要原因。采用无硼、硅元素合金熔覆改善了结合区性能,与自熔合金相比,有助于改善熔覆层裂纹倾向。加入适量稀土氧化物有助于减少或消除裂纹。熔覆工艺参数对裂纹产生的影响较大,存在一个无裂纹参数选择范围。研究证明,高温合金基体上熔覆无硼、硅元素合金更易于消除熔覆层裂纹,实现强化与修复更具优势。     

NiCrSiB合金高功率激光送粉熔覆裂纹形成的敏感因素

用 4 5k W高功率激光器对 Ni Cr Si B合金在送粉激光熔覆下裂纹形成的材料成分、熔覆工艺、微观组织等因素进行研究。实验表明 ,裂纹是由于熔覆层中大量的多种硬质相以及硬质相的不良分布形态所造成的高脆性 ,难以承受熔覆过程产生的较大拉应力所致。解决激光熔覆层裂纹问题的主要方向应是从工艺上降低熔覆过程的残余拉应力 ,同时从成分搭配和快速凝固特性上使得 Ni Cr Si B熔覆层微观组织中的硬质强化相细小均匀地弥散析出 ,保证熔覆层的高强度和高塑性     

45kW高功率CO_2激光熔覆过程中裂纹行为的实验研究

对Ｓｔｅｌｌｉｔｅ合金和ＮＩＣｒＳｉＢ合金在高功率激光熔覆下的裂纹现象和行为进行了实验研究。表明Ｓｔｅｌｌｉｔｅ合金对裂纹不敏感,能获得表面光洁、内部致密、无缺陷的熔覆层。ＮｉＣｒＳｉＢ合金对裂纹非常敏感,往往出现大量横向宏观裂纹。ＮＩＣｒＳｉＢ合金的裂纹主要起源于熔覆层与基体的交界面,裂纹通常向熔覆层扩展而穿过整个熔覆,多道搭接时,裂纹会向前道和后道横向传递。裂纹属冷裂纹范畴。裂纹的产生和行为是由熔覆层凝固过程中产生的应力（应变）与熔覆材料的强度和塑性之间的动态相互作用所决定的,并与熔覆材料自身的物理特性以及凝固特性和凝固组织有关。     

温度梯度对激光熔覆层裂纹产生的影响

为了减少激光熔覆技术中因温度梯度大而产生的熔覆层裂纹，在激光熔覆过程中采用预热基体的方法来减小温度梯度。采用ANSYS软件建立45#钢基材上激光熔覆镍基金属粉末的多道搭接温度场有限元模型，通过热电偶测温验证模型的可靠性，利用建立的有限元模型分析熔覆层在熔覆过程中熔覆层边缘的温度梯度变化规律以及基材预热温度对熔覆层温度梯度的影响。结果表明，最大温度梯度位于熔覆层与基体结合界面的边缘，使得此处成为金属熔池凝固的极端条件，导致此处极易产生裂纹；在基材预热为200℃时，可以显著降低熔覆层凝固过程中的温度梯度，温度梯度的降低越明显，越能有效地抑制裂纹产生。通过模拟与实验的结合为实际激光熔覆制造提供了切实可行的参考依据。     

激光熔覆耐磨合金的设计方法与原则

从介绍激光熔覆的本质特征出发,论述了激光熔覆过程具有的显著快速凝固特性,以及热应变性质不匹配组分的熔覆材料和基材等在快速凝固后的冷却阶段出现的拉应力是激光熔覆层出现裂纹趋向的主要要素。此外还论述了,由于激光熔覆层的应用属性不同,所采用的材料组分也应不同,其设计还要基于系统来考虑,如以提高基体表面层的耐磨损性能为目的,则熔覆层材料的设计就要考虑这个摩擦学系统的特性,从而定性地提出熔覆材料设计的方法与原则。     

激光感应复合熔覆镍基涂层的裂纹研究

采用送粉激光感应复合熔覆技术制备了镍基合金熔覆涂层,研究了涂层的组织和裂纹行为.研究结果表明,镍基合金熔覆层具有很大的裂纹倾向,激光感应复合熔覆中工艺参数对裂纹形态有较大的影响,感应加热可以有效抑制熔覆层的开裂行为,感应能量的加入使熔覆层、热影响区和基体显微硬度有所降低.熔覆过程中主要产生残余热应力,随着感应能量的增加,熔覆层残余拉应力明显减小,当感应能量密度达到36J/mm2时,基体表面温度约为600℃,裂纹完全消除.     

铁基合金激光熔覆层组织分布及开裂敏感性研究

在45#钢基底上进行了铁基合金粉末激光熔覆实验。利用扫描电镜观察了熔覆层横断面的金相显微组织形态,对组织的不同特征部位进行了EDS能谱分析,使用X射线衍射仪对熔覆层进行物相分析。结合熔覆层的组织成分分布和激光熔覆过程中组织凝固的特点,分析得到熔覆层中存在少量的Si和B与Fe、Cr、Ni、O结合形成的低熔点共晶,低熔点共晶分布在晶界,尤其是夹杂在熔覆层表层部分,成为裂纹源。调节熔覆材料的成分,减少低熔点共晶产生,可以有效抑制熔覆层的裂纹敏感性。     

激光熔覆研究现状与发展趋势

通过对国内外对激光熔覆技术研究现状,概括了国内外激光熔覆在熔覆特性、不同材料与基体组合的激光熔覆工艺及参数、激光熔覆层的微观组织结构和金相分析、熔覆层缺陷以及激光熔覆基础理论,激光熔覆专用材料研制、激光熔覆过程裂纹形成与消除机制、激光熔覆过程关键因素的检测与控制、激光熔覆送粉器和喷嘴、激光熔覆制备新材料、激光熔覆快速成形与制造技术等领域的研究现状.分析指出激光熔覆过程是一个多源耦合复杂信息作用下的加工过程,激光熔覆加工过程稳定性、多源耦合复杂信息的作用规律及决策机制、多源耦合复杂信息的获取处理、融合能力及小确定信息处理和激光熔覆多源耦合复杂信息优化控制以及激光熔覆加工质量的定量控制是今后的主要发展方向.     

纯铜表面脉冲激光熔覆Ni60涂层的结构与性能研究

为了克服纯铜表面激光熔覆时热量难以积聚的困难,得到冶金结合良好的Ni60熔覆层,采用预热辅助脉冲激光熔覆的方法,在纯铜表面进行了Ni60合金粉末的熔覆实验,并建立了纯铜表面预热辅助脉冲激光熔覆过程的3维瞬态热弹塑性模型,对温度场及残余应力进行了仿真。预热温度达到573K时,Ni60熔覆层中裂痕完全消除;预热温度为673K时,激光熔覆的加工效率提升了2.2倍;预热辅助脉冲激光熔覆得到的Ni60熔覆层平均硬度达到800HV_0.2;常温下,Ni60熔覆层与ASTM52100钢相对耐磨性为4.45,摩擦系数约是铜和ASTM 52100钢的57%。结果表明,随着预热温度的升高,Ni60熔覆层中裂纹减少,激光熔覆效率提高;Ni60熔覆层有效地提高了表面硬度,减小了摩擦系数。通过预热辅助脉冲激光熔覆技术,在纯铜表面制备得到无裂纹、无气孔的Ni60熔覆层,可有效地提高铜基材的硬度与耐磨性。     

铝基体表面等离子喷涂后激光二次熔覆陶瓷层的研究

对铝合金基体表面等离子喷涂陶瓷后进行激光二次熔覆陶瓷，获得了表面光滑、连续、致密、无裂纹和孔隙等缺陷的陶瓷熔覆层，避免了等离子喷涂陶瓷后激光重熔工艺无法避免的裂纹问题。陶瓷熔覆层的组织为柱状晶.其生长方向与基体表面垂直。等离子喷涂后激光二次熔覆陶瓷工艺还可以获得较高的熔覆效率。     

扫描速率对激光熔覆镍基合金涂层性能的影响

为了提高材料表面强度和硬度,在材料的表面采用激光熔覆技术熔覆合金涂层以提高其表面性能。相同的激光功率下采用不同的激光扫描速率在材料表面激光熔覆制备镍基（Ni60）复合涂层,取得了在基材表面获得理想熔覆层的工艺参量,并对熔覆层的性能进行了检测。结果表明,随着激光扫描速率的增加,表面粗糙度变大,熔覆层的宽度、高度、基材的熔化深度都有一定程度的降低,裂纹出现增大趋势,熔覆层显微硬度高出基材显微硬度约500HV,激光熔覆技术在一定范围内可以实现对基材的表面硬化。该结果为材料表面强化的研究提供了参考。     

激光-感应复合熔覆Ni基WC复合层的工艺研究

为了提高熔覆效率与消除熔覆层的裂纹,采用激光-感应复合熔覆的方法在A3表面获得了无气孔与裂纹的Ni基WC复合层。研究了不同的加工参量对复合层质量的影响,结果表明,随着激光比能的增加,粉末面密度增加;在相同的激光比能条件下,随着粉末面密度增加,熔覆层的高度增加,稀释率减小;在相同的粉末面密度条件下,随着激光比能的增加,熔覆层的宽度略有增加。此外,相对于单纯的激光熔覆技术,激光-感应复合熔覆的效率约可以提高5倍。在激光-感应复合熔覆过程中,熔覆层与基材间的温度梯度大大降低,这是Ni基WC复合层无裂纹的关键原因。     

添加剂SiO2在等离子喷涂陶瓷涂层及其激光重熔中的作用研究

系统研究了添加剂 Si O2 在等离子喷涂陶瓷涂层及其激光重熔中的作用 .添加剂 Si O2 的 液相烧结 作用在高熔点 Zr O2 陶瓷涂层中比较明显 ,而在较低熔点 Al2 O3陶瓷中不明显 .在激光重熔中 ,Si O2 能降低 Zr O2 熔化层应力并阻碍裂纹扩展 ;在 Al2 O3陶瓷涂层中 ,Si O2 还能使熔化层晶粒均匀化 ,并在晶粒间形成连续玻璃质抑制裂纹形成、阻碍裂纹扩展 .而 Al2 O3陶瓷涂层中的Ti O2 ,激光处理时生成 Ti Al2 O5,此相导致熔化层产生巨大的不对称应力使之易出现裂纹 ,但其能提高涂层的致密度和耐磨性     

K418合金叶片激光再制造Inconel718覆层匹配与强化

为了解决K418合金叶片再制造熔覆层易开裂、结合界面处力学性能较差等难题，采用具有输入可调控、热输入可控制以及降低熔池及热影响区温度等优势的脉冲激光，得出在工艺参量为激光功率2.5kW、送粉速率37.5g/min、扫描速率8mm/s，载气气流3L/min下，K418基体与Inconel718熔覆层之间能够形成良好的冶金结合。结果表明，熔覆层显微组织依次由界面处平面晶、底部胞状晶、中部树枝晶及顶部等轴晶组成；经过对比优化下的工艺参量，获得了成形质量良好且无明显裂纹、气孔等缺陷的Inconel718熔覆层；通过基体与覆层的硬度测试，覆层整体硬度值在300HV左右且分布较为均匀，基体平均硬度在400HV以上、结合界面处硬度值为460.46HV，相对于基体提升了12%；物相形分析表明，Inconel718熔覆层与基体K418性能匹配较好，激光再制造凝固成形时经历了L→γ→(γ+MC)→(γ+laves)的凝固过程，脉冲激光的热输入对基体K418合金热影响区完成了γ′相的固溶再析出过程，界面处沿晶界析出少量的二次析出相laves相和MC相对熔覆层及界面处晶界起到钉扎晶界、阻碍滑移的强化作用。试验相关工艺及参量为K418叶片激光再制造提供了借鉴和分析。     

关于激光熔覆裂纹问题的研究

由于激光熔覆技术自身的特点,激光熔覆处理后材料表面极易形成裂纹,已成为阻碍激光熔覆技术工业化应用的主要障碍之一。为解决此问题,加快推动激光熔覆技术的工业化应用,本文综述了国内外激光熔覆裂纹研究现状,着重分析了激光熔覆层裂纹的产生原因,归纳了熔覆层裂纹的表现形式,总结了目前抑制裂纹产生的防止措施,为防止裂纹的产生提供了理论和实践依据。     

TC4表面激光熔覆TiAl合金涂层的工艺和组织性能

为了实现TC4钛合金表面TiAl合金涂层的大面积制备及实际应用,采用激光熔覆的方法在TC4钛基体上制备单道和搭接的TiAl合金涂层。通过表面形貌和界面特征分析了涂层的熔覆质量,对涂层的物相组成与显微组织进行研究,测试了熔覆层界面及搭接层之间的硬度分布。结果表明,涂层与基体之间属于冶金结合,涂层内部没有裂纹和孔隙等缺陷,涂层中Ti/Al主要以TiAl(γ)、Ti₃Al(α₂)以及与微量元素的化合物形式存在,涂层主要由双态组织和片层组织组成,测试得到单道熔覆涂层和搭接涂层平均硬度是基体的1.44倍以上,多道搭接涂层的组织分布相比单道涂层更加均匀;涂层可进行大范围的多道搭接熔覆,证明了TiAl涂层对TC4基体表面改性方法可行性。该研究对于实现涂层的实际应用具有重要意义。