激光熔覆Co基自熔性粉末讲解

激光熔覆技术的研究现状及应用陈宝洲（南华大学机械工程学院湖南衡阳邮编：421001）摘要：本文逐次介绍了激光熔覆技术的原理、特点、材料体系、激光熔覆存在的问题、激光熔覆层裂纹产生的原因及防止措施，阐述了其工业应用，最后分析了其发展趋势。

关键词：激光熔覆；材料体系；应用Laser cladding technology research and ApplicationChen Baozhou(College of Mechanical Engineering, University of South China, Heng Y ang, 421001, China) Abstract: This paper introduces the technology of laser cladding by the principle, characteristics, material system, the problems of laser cladding, laser cladding crack causes and prevention measures, and expounds its application in industry, finally analyzes its development trend.Key words: laser cladding; material system; application1 引言激光熔覆技术是一项新兴的零件加工于表面改型技术。

具有较低稀释率、热影响区小、与基面形成冶金结合、熔覆件扭曲变形比较小、过程易于实现自动化等优点。

激光熔覆技术应用到表面处理上，可以极大提高零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐疲劳等机械性能，可以极大提高材料的使用寿命。

同时，还可以用于废品件的处理，大量节约加工成本。

激光溶覆应用到快速制造金属零件，所需设备少，可以减少工件制造工序，节约成本，提高零件质量，广泛应用于航空、军事、石油、化工、医疗器械等各个方面。

激光熔覆原位自生增强颗粒复合涂层激光熔覆陶瓷颗粒增强金属基复合涂层是一项先进的表面技术,它可改善材料表面性能,如耐磨性、耐蚀性、抗氧化、抗热震能力等。

在该技术中,激光熔覆原位自生陶瓷增强复合涂层的方法是在激光照射下,通过元素之间或元素与化合物之间的原位反应,在涂层内原位生成一种或几种高强度、高弹性模量的陶瓷增强相,由于这种增强体是原位形核、长大的热力学稳定相,其表面无污染,因而避免了与基体相容性不良的问题,且界面结合强度高。

为了在钛合金表面获得良好的耐磨涂层,本文熔覆涂层分别选用了市售的KF-Co50和自制的CoBTiSi 复合涂层粉末进行实验。

利用XRD、SEM、和EMPA等分析手段对激光熔覆层的微观组织进行分析;在HX-1型显微硬度计测量涂层微区组织的显微硬度值,在UMT-2型多功能摩擦磨损测试仪上进行干滑动摩擦磨损实验。

同时为了在铜合金表面得到良好的激光熔覆层,把理论与试验相结合,通过热力学理论计算,选择出Ni基熔覆涂层体系,利用横流CO_2激光器在铜合金表面原位自生陶瓷颗粒增强涂层。

激光熔覆市售的KF-Co50复合涂层试验表明:涂层与基体实现了良好的冶金结合;熔覆区是在γ-Co固溶体基体上均匀分布着大量的TiB_2、TiC、WB 和Cr_5Si_3陶瓷相和金属间化合物,涂层组织细密,生成树枝状、块状、不规则等形态组织,对涂层的力学性能分析结果表明:涂层显微硬度值较基体有显著提高,涂层获得最高硬度可达1000HV以上,约为基体硬度的3-4倍,显微硬度值从表面到基体呈较平稳的过渡。

涂层耐磨性较基体有显著提高。

涂层中的磨损机制主要为磨粒磨损及其引起的剥层,基体中除此之外还有粘着磨损。

激光熔覆自制的CoTiBSi复合涂层试验表明:涂层中原位合成的TiB_2和TiB陶瓷相均匀分布在γ-Co基合金涂层中。

涂层内枝晶组织细小均匀,枝晶内和枝晶间存在明显的组织和成分差异。

随着Ti、B含量的增加,激光熔覆原位生成物的组织形态发生相应的变化,熔覆区组织由细小分散的片状和块状转变为柱状枝晶组织,取向规则,分布均匀。

激光熔覆技术综述摘要：激光表面处理可通过相变强化、熔凝、冲击强化等工艺来改变基材表层的显微组织及结构，也可以通过熔覆及合金化等处理技术来同时改变基材表层的化学成分和显微组织及结构，从而同时或分别提高金属材料及零部件的表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐疲劳性和高温性能，其中激光熔覆及合金化具有较大的工业应用价值及发展潜力，受到较大的关注。

本文将对激光熔覆技术做简单的综述。

关键词：激光熔覆、应用、综述1. 引言激光是一种具有高单色性、高方向性、高相干性和高亮度的电磁波。

激光束由一系列反射镜和透镜来控制，聚焦成直径很小的光斑(0.1mm)，从而获得极高的功率密度(104~109W/mm2)。

激光束材料表面改性技术是利用大功率密度激光束，以非接触方式加热材料表面，借助于材料本身的热传导进行冷却，在材料表面形成一定厚度的处理层，从而提高材料的力学性能、冶金性能、物理性能等，以满足各种不同的使用要求，它属于表面工程领域中的表面改性技术。

激光表面熔覆也叫激光涂覆或激光包覆，它是材料表面改性的一种重要方法, 它是快速凝固过程，通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能量密度激光束将不同成分和性能的合金与基材表层快速熔化，在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层。

激光熔覆层因具有良好的结合强度和高硬度，在提高材料的耐磨损方面显示了优越性。

近年来，激光表面熔覆技术发展迅速，成为材料表面工程领域的前沿[1]。

2. 激光表面熔覆的工艺方法激光熔覆依据合金供应方式的不同，可将激光熔覆分为两大类：预置法和同步送粉法，如图1所示[2]。

预置式涂层法是先将粉末与粘结剂混合后以某种方法预先均匀涂覆在基体表面，然后采用激光束对合金涂覆层表面进行照射，涂覆层表面吸收激光能量使温度升高并熔化，同时通过热量传递使基体表面熔化，熔化的合金快速凝固在基材表面，形成冶金结合的合金熔覆层。

预置涂层法的主要工艺流程为：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[ 3]。

《电力系统分析与运行》课堂作业1、计算并观察IEEE30母线标准试验系统的潮流。

1）、负荷功率的变化对负荷节点电压水平的影响； 2）、变压器变比的调节对两端电压水平的影响；3）、PV 节点母线电压水平控制调节对无功电源设备输出功率的影响。

（需说明所采用的软件及算法）解：运用PSASP6.28软件计算IEEE30母线标准试验系统的潮流并分析实验结果。

所选用的IEEE30节点系统如图1所示。

图1 30节点系统图全网潮流计算结果如表1.1、1.2、1.3、1.4、1.5所示：表1.1 母线数据13表1.2 交流线数据表1.3 两绕组变压器数据表1.4 发电机数据表1.5 负荷数据1）负荷功率的变化对负荷节点电压水平的影响选取其中一个PQ节点Bus7为例，分别调节其负荷的有功和无功功率，讨论其对节点电压的影响。

①调节有功功率P，保持Q=0.109(p.u.)不变表1.6 有功变化对负荷节点电压的影响○2调节无功功率Q，保持P=0.228（p.u.）不变表1.7 无功变化对负荷节点电压的影响由表1.6和表1.7可知：对电压幅值的影响：随着负荷有功和无功功率的增加，相应负荷节点电压幅值都会下降，相比之下，无功功率的增加使节点电压幅值下降得更快。

对电压相角的影响：对于相角的变化，有功增加使相角更加滞后，而无功增加使相角滞后程度有所减小。

相比之下，有功变化对相角的影响较无功大。

2）变压器变比的调节对两端电压水平的影响调节Bus12—Bus4之间的变压器（编号为102）变比来讨论此问题。

表1.8 变压器变比对其两端电压的影响通过从表1.8分析可以得出：随着变压器变比的增大，低压侧（Bus4）电压升高，高压侧（Bus12）电压下降。

两侧电压的相角变得更加滞后。

3）PV节点母线电压水平控制调节对无功电源设备输出功率的影响选取PV节点Bus5，调节其电压水平，分析其对无功电源设备输出功率影响。

表1.9 变压器变比对其两端电压的影响随着PV 节点电压的下降，无功电源设备输出的无功将减少。

激光熔覆同步送粉法定义概述说明以及解释1. 引言1.1 概述本篇文章旨在介绍激光熔覆同步送粉法，该技术是一种先进的金属加工方法，能够实现高精度、高效率的材料熔覆和修复。

激光熔覆同步送粉法采用激光束将金属粉末加热至熔化状态，并通过同步送粉装置控制金属粉末的添加量，从而实现对于被加工工件表面的涂覆或修复。

1.2 文章结构本文分为五个部分：引言、正文、解释激光熔覆同步送粉法的特点和优势、说明激光熔覆同步送粉法的工艺流程和设备要求以及结论。

引言部分将对本文研究内容进行概述，并介绍文章结构与目的。

正文部分将详细阐述激光熔覆同步送粉法的定义、原理以及应用领域。

接下来，将在第三部分解释该技术的特点和优势，包括高精度、材料利用率高以及可修复性强等方面。

第四部分将具体说明激光熔覆同步送粉法的工艺流程、设备要求以及操作注意事项，并提供工艺参数设置与优化方法。

最后，在结论部分，将总结本文内容和主要发现结果，并对激光熔覆同步送粉法未来发展进行展望和建议。

1.3 目的本文的目的是为读者提供一个全面了解激光熔覆同步送粉法的框架，包括定义、原理、应用领域以及特点和优势。

通过详细说明工艺流程和设备要求，读者可以了解如何应用该技术进行涂覆或修复工作。

最后，结论部分将回顾文章所述信息，并提供未来发展展望和建议，以促进该技术在相关领域的应用与研究。

2. 正文：2.1 定义激光熔覆同步送粉法激光熔覆同步送粉法是一种先进的表面修复和涂层技术，它通过利用高能量密度的激光束将金属或合金材料加热至熔点，同时通过在熔融池中喷射金属粉末，实现对基体材料表面进行熔覆修复或涂层制备的过程。

该技术可以在原材料不受严重损伤的情况下，在局部区域形成具有优异性能和结构特征的新材料层。

2.2 激光熔覆同步送粉法的原理激光熔覆同步送粉法基于激光加工和材料科学原理，主要包括以下几个关键过程：首先是激光加热过程，高能量密度的激光束通过辐射作用将工件表面局部加热至高温状态；其次是金属粉末喷射过程，喷射装置将金属粉末通过喷嘴喷射到熔融池中，在高温下迅速熔化并与基体材料结合；最后是凝固过程，熔融池在激光束的扫描下逐渐凝固，形成良好的结合界面和致密的熔覆层。

激光熔覆-图文讲解————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:一、激光熔覆的原理激光溶覆是利用高能激光束辐照，通过迅速熔化、扩展和凝固，在基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，构成一种新的复合材料, 以弥补基体所缺少的高性能。

能充分发挥二者的优势, 克服彼此的不足。

可以根据工件的工况要求，熔覆各种 (设计) 成分的金属或非金属，制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面覆层。

通过激光熔覆，可在低熔点材料上熔覆一层高熔点的合金，亦可使非相变材料(AI 、Cu 、Nｉ等) 和非金属材料的表面得到强化。

在工件表面制备覆层以改善表面性能的方法很多, 在工业中应用较多的是堆焊、热喷涂和等离子喷焊等，与上述表面强化技术相比, 激光熔覆具有下述优点:(1 ）熔覆层晶粒细小, 结构致密，因而硬度一般较高, 耐磨、耐蚀等性能亦更为优异。

(2 ）熔覆层稀释率低, 由于激光作用时间短，基材的熔化量小，对熔覆层的冲淡率低（一般仅为５％-8%) ，因此可在熔覆层较薄的情况下, 获得所要求的成分与性能，节约昂贵的覆层材料。

(3 ) 激光熔覆热影响区小，工件变形小, 熔覆成品率高。

(4 ) 激光熔覆过程易实现自动化生产，覆层质量稳定, 如在熔覆过程中熔覆厚度可实现连续调节，这在其他工艺中是难以实现的。

由于激光熔覆的上述优点, 它在航空、航天乃至民用产品工业领域中都有较广阔的应用前景，已成为当今材料领域研究和开发的热点。

ﻫﻫ激光熔覆技术应用过程中的关键问题之一是熔覆层的开裂问题,尤其是大工件的熔覆层, 裂缝几乎难以避免, 为此，研究者们除了改进设备, 探索合适工艺，还在研制适合激光熔覆工艺特点的熔覆用合金粉末和其他熔覆材料。

二、激光熔覆工艺方法激光熔覆工艺方法有两种类型：ﻫﻫ１、二步法（预置法）该法是在激光熔覆处理前, 先将熔覆材料置于工作表面，然后采用激光将其熔化，冷凝后形成熔覆层。