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激光熔覆技術的評述與展望

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激光熔覆技術的評述與展望

發布日期:2017-06-06 作者: 點擊:

激光熔覆技術的評述與展望:

激光熔覆是一種新型的涂層技術,是涉及到光、機、電、材料、檢測與控制等多學科的高新技術,是激光先進制造技術最重要的支撐技術,可以解決傳統制造方法不能完成的難題,是國家重點支持和推動的一項高新技術。目前,激光熔覆技術已成為新材料制備、金屬零部件快速直接制造、失效金屬零部件綠色再制造的重要手段之一,已廣泛應用于航空、石油、汽車、機械制造、船舶制造、模具制造等行業。

激光束的聚焦功率密度可達1010~12W/cm2,作用于材料能獲得高達1012K/s的冷卻速度,這種綜合特性不僅為材料科學新學科的生長提供了強有力的基礎,同時也為新型材料或新型功能表面的實現提供了一種前所未有的工具。激光熔覆所創造的熔體在高溫度梯度下遠離平衡態的快速冷卻條件,使凝固組織中形成大量過飽和固溶體、介穩相甚至新相,已經被大量研究所證實。它提供了制造功能梯度原位自生顆粒增強復合層全新的熱力學和動力學條件。同時激光熔覆技術制備新材料是極端條件下失效零部件的修復與再制造、金屬零部件的直接制造的重要基礎,受到世界各國科學界和企業的高度重視和多方面的研究。

根據工程上材料特殊的服役條件和性能的要求,迫切需要開發強韌結合、性能梯度變化的新型表層金屬基復合材料。因此,利用激光熔覆的方法制備與基材呈冶金結合的梯度功能原位自生顆粒增強金屬基復合材料不僅是工程實踐的迫切需要,也是激光表面改性技術發展的必然趨勢。激光熔覆技術制備原位自生顆粒增強金屬基復合材料、功能梯度材料已有報道,但大部分停留在組織、性能分析,工藝參數的控制階段,增強相的尺寸、間距和所占的體積比還不能達到可控制的水平,梯度功能是通過多層涂覆形成的,不可避免地在層與層之間存在界面弱結合的問題,距離實用還有相當長的路。利用激光熔覆技術制備顆粒大小、數量、分布可控,強韌性適當匹配,集梯度功能和原位自生顆粒增強為一體的金屬基表層復合材料是今后重要的發展方向。研究內容涉及到:
     ● 熔覆材料成分、組織、性能設計的技術、手段和原理及其工藝實現的控制技術。

圖2、齒輪軸的激光修復

 ● 激光熔覆制備功能梯度原位自生顆粒增強金屬基復合材料顆粒增強相析出、長大和強化的熱力學和動力學模型的建立。
     ● 顆粒增強相形態、結構、功能和復合的仿生設計和尺寸、數量、分布的控制技術。
     ● 涂層成分、組織和性能梯度控制的原理、關鍵因素和工藝方法的研究。
     ● 宏觀、微觀界面的觀察、分析控制和表征;功能梯度原位自生顆粒增強金屬基復合材料常規性能的分析和檢測以及不同工況下的磨損行為及失效機制。

激光熔覆技術

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