沈陽稀有金屬研究所
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近兩年高速激光熔覆技術(shù)得到了我國激光行業(yè)及金屬表面加工業(yè)的高度關(guān)注。高速激光熔覆之所以受到廣泛重視,主要原因在于:和常規(guī)激光熔覆相比,高速激光熔覆具有加工效率高,加工精度高、后續(xù)加工成本低,對工件的熱輸入量很小,可減少工件變形等等優(yōu)勢。下面給出二者之詳細比較:
1. 高速激光熔覆相較于常規(guī)激光熔覆優(yōu)點在于:
(1)線速度可達100m/min,大大提高了熔覆效率。直徑70合金鋼基體,熔覆馬氏體不銹鋼材料,涂層厚度0.5mm,搭接70%情況下,熔覆效率可達1.2㎡/h,整體加工效率為常規(guī)熔覆的3-4倍。
(2)熔覆層平整,可直接磨拋加工,不需車削工序,從而大大節(jié)省材料與加工成本。
(3)可進行薄涂層熔覆(0.2mm-0.3mm),又可進行中、厚涂層熔覆(0.3-1.5),薄、厚兼顧,特殊情況下,亦可進行多層熔覆。
(4)高速熔覆對工件的熱輸入小,工件熱變形小,可用于加工薄壁件、小型件。
(5)稀釋率可控制<3%。
(6)激光功率密度大,可以熔覆高熔點粉末材料。
(7)可實現(xiàn)銅、鋁、鈦等有色金屬材料實現(xiàn)表面強化(見下面詳細分析)。
(8)高速熔覆打破了常規(guī)熔覆的許多應(yīng)用限制,應(yīng)用領(lǐng)域廣,且是目前代替電鍍的唯一可行辦法。
2. 高速激光熔覆相交于常規(guī)激光熔覆的缺點在于:
(1)目前高速熔覆的粉末利用率約在70%左右,比常規(guī)激光熔覆略低,還需進一步通過技術(shù)手段提高。
(2)高速激光熔覆為了追求較高的表面質(zhì)量從而節(jié)省材料、降低加工成本普遍采用20-53um的細球形粉末,常規(guī)激光熔覆普遍采用50-150um的粗粉。細粉成本略高于粗粉。
(3)高速激光熔覆屬于新技術(shù),工藝比常規(guī)熔覆略復雜。
3. 高速激光熔覆與常規(guī)激光熔覆的共通點在于:
(1)熔覆材料共通。常規(guī)激光熔覆可熔覆的材料,高速激光熔覆均可熔;部分常規(guī)激光熔覆不能熔覆的材料,如高熔點材料,高速激光熔覆可熔。
(2)都為冶金結(jié)合。但高速熔覆的涂層效果類似熱噴涂,表面平整。常規(guī)熔覆起伏較大。
(3)工藝路線共通。常規(guī)激光熔覆工藝調(diào)整的關(guān)鍵點同樣是高速激光熔覆工藝調(diào)整的關(guān)鍵點。
(4)應(yīng)用領(lǐng)域一致。即常規(guī)激光熔覆可應(yīng)用的領(lǐng)域高速激光熔覆均可應(yīng)用,且常規(guī)激光熔覆部分無法應(yīng)用的領(lǐng)域高速激光熔覆亦可以應(yīng)用。通俗講就是常規(guī)激光熔覆能干的活高速激光熔覆可以干,常規(guī)激光熔覆不能干的活高速激光熔覆也可能可以干。
4. 為什么高速激光熔覆可以在銅、鋁等有色金屬上熔覆:
銅、鋁表面強化一直是行業(yè)迫切需求,但工藝難度大。目前在非冶金結(jié)合情況下可采用噴涂與電鍍工藝路線;冶金結(jié)合情況下目前常規(guī)激光熔覆可采用YAG激光熔覆路線,但YAG工藝路線存在效率低下;其它二氧化碳、半導體、半導體光纖耦合等常規(guī)激光熔覆路線部分學校、企業(yè)做了大量研究,但最終結(jié)果均不理想,主要原因是由于:銅、鋁難以熔覆的原因在于導熱快,基體不易形成熔池。