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激光熔覆：一種多功能的主動和反應技術(shù)

介紹：組件的功能通?？梢酝ㄟ^組合具有優(yōu)化特性的材料來改善?？梢愿鶕?jù)其可成型性、強度、剛度和成本來選擇散裝材料。然后可以調(diào)整該部件的表面以滿足摩擦、磨損和腐蝕領(lǐng)域的要求。使用粉末作為原料的激光熔覆原理，粉末在與激光束同軸的傳輸氣體中供應。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（見圖 1）。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——壓縮機軸的修復和渦輪機葉輪的修復——為維護合作伙伴公司進行，他們是該領(lǐng)域的領(lǐng)導者比荷盧地區(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 粉末供應裝置。粉末在氬氣流中供應到同軸包覆頭。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。開始附近的涂層橫截面示。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)