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激光熔覆介紹：激光熔覆一種優(yōu)化金屬部件表面的可能工藝是激光熔覆[1, 2]. 該過程也可用作修復(fù)技術(shù)。在激光熔覆過程中，添加劑材料以金屬絲或粉末的形式提供給待處理的基材。激光束熔化添加劑材料和基材的薄表面層，形成典型厚度為 0.5-1 毫米的涂層。在大多數(shù)情況下，粉末用作原料并在氬氣流中運輸?？梢允褂妙~外的保護氣流來最大限度地減少激光熔覆過程中的氧化。由于基材的表面熔化，在基材和涂層之間形成了牢固的冶金結(jié)合。與僅在涂層和基材之間形成機械結(jié)合的熱噴涂相比，這是一個重要的優(yōu)勢。與熱噴涂相比，另一個優(yōu)勢是更高的粉末產(chǎn)量，通常為 75%。由于低且局部的熱輸入，激光熔覆非常適合熱敏材料和部件的處理，變形有限且熱影響區(qū)小。此外，激光處理過程中的高冷卻速度導(dǎo)致涂層具有精細的微觀結(jié)構(gòu)。沉積后，主要需要將部件加工成其最終尺寸。作為激光源，可以使用不同類型的激光器，即。CO2、Nd:YAG（摻釹釔鋁石榴石）、二極管、盤式或光纖激光器。前兩種是激光焊接和切割材料加工中最常用的。然而，目前在新型、更緊湊和更高效的激光器方面取得了長足的發(fā)展，包括二極管激光器、盤式激光器和光纖激光器。本文中的結(jié)果是使用二極管激光器作為加工工具獲得的。

激光熔覆是一種相對較新的工藝，它被用于石化、航空航天、機器和模具制造、汽車、能源生產(chǎn)等工業(yè)部門——修復(fù)損壞的高價值機器部件，如渦輪葉片、軸、電機等，以及提高工具、泵、閥門、海上管道等金屬部件的耐腐蝕性和/或耐磨性。激光熔覆作為能源生產(chǎn)行業(yè)的一種修復(fù)和表面處理技術(shù)的可能性通過兩個案例研究來說明——壓縮機軸的修復(fù)和渦輪機葉輪的修復(fù)——為維護合作伙伴公司進行，他們是該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者比荷盧地區(qū)從事機械和電氣旋轉(zhuǎn)機器的維修和改造。

實驗裝置：研究中使用的激光熔覆設(shè)置。圖 2 顯示了本研究中用于激光熔覆的實驗裝置。它采用 3 kW 光纖耦合二極管激光器 (Laserline)，使用特定光學(xué)元件在基板上獲得直徑約 3.7 mm 的圓形光斑。使用通常用于熱噴涂的 Medicoat 粉末供應(yīng)裝置。粉末在氬氣流中供應(yīng)到同軸包覆頭。CCD 相機通過與激光束同軸的半透明鏡進行觀察，可以將熔覆頭對準要處理的區(qū)域。

壓縮機軸的修理；壓縮機軸由馬氏體不銹鋼 AISI 410 (DIN 1.4006 / X12Cr13) 制成。在軸的末端附近，軸向長度為 70 毫米的區(qū)域已經(jīng)磨損。軸的總長度約為 3.7 m，重量約為 1 噸。對于激光熔覆，不銹鋼粉末 AISI 316L 用作原料。需要總厚度為 2 毫米的涂層。由于單次通過后不可能獲得厚度為 2 毫米的涂層，因此在彼此的頂部施加了多個層。單程的典型最大層厚度為 1-1.2 毫米。激光熔覆后，需要去除約 0.2 毫米的厚度以獲得光滑的表面。

初步測試：在 AISI 410 不銹鋼基材上激光熔覆 AISI 316L 后的橫截面。在處理軸之前，在小棒上進行實驗以評估涂層的質(zhì)量，包括沒有開裂、變形程度以及與基材的結(jié)合。為了評估變形行為，一根直徑為 30 毫米、長度為 700 毫米的棒材在 20 毫米長度的兩端進行包覆。跳動的結(jié)果令人滿意，變形僅為 0.02-0.04 毫米。涂層中或馬氏體不銹鋼基材中不存在裂紋。銅嵌件放置在不需要處理的鍵座中，以防止它們被激光束損壞。不銹鋼 316L 材料不會粘附在銅上，并且在激光熔覆后可以輕松去除銅嵌件。

軸的激光熔覆：用于壓縮機軸激光熔覆的設(shè)置在軸的激光熔覆過程中應(yīng)用了與初步測試中使用的相同的激光熔覆參數(shù)。鍵座處的銅嵌件在左側(cè)圖像中可見。兩層不銹鋼相互疊加。隨后對軸進行機加工，并對修復(fù)進行了積極評價，表現(xiàn)出足夠的厚度和涂層與基材的良好結(jié)合，激光熔覆引起的變形最小，并且涂層中沒有孔隙。

壓縮機輪的修理：各種壓縮機葉輪在外徑附近磨損。車輪由 30CrNiMo8 鋼制成，分為兩個獨立的部分，通過機械緊固件相互連接。在上下板之間有17個葉片。這種結(jié)構(gòu)使得無法使用傳統(tǒng)的焊接來修復(fù)車輪，因為過多的熱量輸入會導(dǎo)致變形，最終導(dǎo)致上板從下板松動。嘗試通過傳統(tǒng) TIG 焊接修復(fù)車輪時觀察到的另一個現(xiàn)象是機械緊固件附近存在裂紋，這些裂紋位于非?？拷附訁^(qū)域的位置。

初步測試： 施用于 30CrNiMo8 基體的司太立 21 涂層的金相橫截面

在處理車輪之前，在 30CrNiMo8 基材上使用司太立 21 粉末進行激光熔覆實驗，以評估涂層中和基材熱影響區(qū)中是否存在裂紋。金相分析后沒有觀察到此類裂紋或大孔。激光熔覆后司太立 21 涂層的維氏硬度為 450-460 HV（0.5 kg 載荷）。

壓縮機葉輪的激光熔覆：用于壓縮機葉輪激光熔覆的設(shè)置車輪激光熔覆過程中使用的設(shè)置如圖 6 所示。車輪安裝在旋轉(zhuǎn)軸上。為了防止刀片損壞，激光器沒有垂直放置，而是在離軸位置。激光熔覆后壓縮機葉輪的特寫。