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激光熔覆技术的评述与展望

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激光熔覆技术的评述与展望

发布日期:2017-06-06 作者: 点击:

激光熔覆技术的评述与展望:

激光熔覆是一种新型的涂层技术,是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术,是激光先进制造技术最重要的支撑技术,可以解决传统制造方法不能完成的难题,是国家重点支持和推动的一项高新技术。目前,激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一,已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。

激光束的聚焦功率密度可达1010~12W/cm2,作用于材料能获得高达1012K/s的冷却速度,这种综合特性不仅为材料科学新学科的生长提供了强有力的基础,同时也为新型材料或新型功能表面的实现提供了一种前所未有的工具。激光熔覆所创造的熔体在高温度梯度下远离平衡态的快速冷却条件,使凝固组织中形成大量过饱和固溶体、介稳相甚至新相,已经被大量研究所证实。它提供了制造功能梯度原位自生颗粒增强复合层全新的热力学和动力学条件。同时激光熔覆技术制备新材料是极端条件下失效零部件的修复与再制造、金属零部件的直接制造的重要基础,受到世界各国科学界和企业的高度重视和多方面的研究。

根据工程上材料特殊的服役条件和性能的要求,迫切需要开发强韧结合、性能梯度变化的新型表层金属基复合材料。因此,利用激光熔覆的方法制备与基材呈冶金结合的梯度功能原位自生颗粒增强金属基复合材料不仅是工程实践的迫切需要,也是激光表面改性技术发展的必然趋势。激光熔覆技术制备原位自生颗粒增强金属基复合材料、功能梯度材料已有报道,但大部分停留在组织、性能分析,工艺参数的控制阶段,增强相的尺寸、间距和所占的体积比还不能达到可控制的水平,梯度功能是通过多层涂覆形成的,不可避免地在层与层之间存在界面弱结合的问题,距离实用还有相当长的路。利用激光熔覆技术制备颗粒大小、数量、分布可控,强韧性适当匹配,集梯度功能和原位自生颗粒增强为一体的金属基表层复合材料是今后重要的发展方向。研究内容涉及到:
     ● 熔覆材料成分、组织、性能设计的技术、手段和原理及其工艺实现的控制技术。

图2、齿轮轴的激光修复

 ● 激光熔覆制备功能梯度原位自生颗粒增强金属基复合材料颗粒增强相析出、长大和强化的热力学和动力学模型的建立。
     ● 颗粒增强相形态、结构、功能和复合的仿生设计和尺寸、数量、分布的控制技术。
     ● 涂层成分、组织和性能梯度控制的原理、关键因素和工艺方法的研究。
     ● 宏观、微观界面的观察、分析控制和表征;功能梯度原位自生颗粒增强金属基复合材料常规性能的分析和检测以及不同工况下的磨损行为及失效机制。

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