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激光熔覆突破性的耐磨和减摩

星之球科技 来源:中国光电网2011-10-19 我要评论(0 )   

降低零部件磨耗的方法有两大类,一类是采用硬质材料,提高耐磨性;另外一类是采用减摩材料,降低摩擦系数。华工科技开发的一个项目,通过激光非平衡合成技术,在材料表...

      降低零部件磨耗的方法有两大类,一类是采用硬质材料,提高耐磨性;另外一类是采用减摩材料,降低摩擦系数。华工科技开发的一个项目,通过激光非平衡合成技术,在材料表面添加纳米超硬质耐磨

 
相(TiB2、TiC、 WC)和减摩相(h-BN, h-WS2, h-MoS2),快速合成金属基耐磨减摩复合材料层,利用纳米耐磨相和减摩相的小尺寸效应,将耐磨和减摩有机结合起来,这是表面工程领域的一大突破。


铝合金模具缺陷的激光修复
       铸造铝合金易产生缩孔等缺陷,而这些缺陷往往是模具型腔尺寸加工到位以后才发现,轻者影响模具质量和使用寿命,重则导致模具报废。
       模具激光焊接是以激光高热能集中定点的精确焊接技术,有效处理模具的一些微小破损部分的焊接及修补工作,如:各种模具裂痕、砂眼、崩角、模具飞边、密封边等微小部位的修补,有传统焊接不可替代的优势,准确率高、速度快、深度大、变形小、强度高,加工后不会发生气孔,焊接过后可磨削加工成光亮表面,特别适合有抛光要求模具修补。
        采用脉冲激光修复铝合金铸造缺陷,利用能量密度高的特点,对铝合金缺陷部位进行加热,并加入同质铝合金粉末,能实现模具的快速修复。激光修复层具有如下特点:1)修复区与基材成分相近,2)界面呈冶金结合,3)对基材的热影响区小、无形变,4)修复层性能与模具基材相当、易加工。
激光修复所需设备:1)激光器,2)加工机床,3)数控系统,4)送粉装置,5)光学系统。
 

镁合金铸造缺陷的激光修复
       镁合金铸件常存在气孔、夹杂等缺陷,而这些缺陷通常是零件加工到要求的尺寸后才被发现,因此导致镁合金铸件成品率很低。在镁合金缺陷的修复过程中,面临以下几方面的问题:
(1) 粗晶问题:镁的熔点低(651℃),但因为镁导热快,所以必须采用较大功率的热源,这使得镁合金易产生过热和晶粒长大。
(2) 氧化和蒸发:镁的活泼性极高,在高温下易被氧化形成氧化镁,其熔点高(2500℃),密度大(3.2g/cm3),在熔池中易形成细小片状的固态夹渣。而且,镁合金在没有隔绝氧的情况下,还容易燃烧。在高温下镁还容易和空气中的氮化合生成镁的氮化物,使熔区性能在冷却后变坏。镁的沸点不高(1100℃),高温下,镁很容易蒸发。所以镁合金在熔化时需要严格加以保护。
(3) 热应力:镁及其合金热膨胀系数较大,约为钢的2倍,铝的1. 2倍,所以,易引起较大的热应力,加剧裂纹的产生和引起工件变形。
(4) 裂纹:镁容易与一些合金元素(如Cu、Al、Ni等)形成低熔点共晶,所以脆性温度区间较宽,易形成热裂纹。
(5) 气孔:容易产生氢气孔,氢在镁中的溶解度随温度的降低而急剧减少,当氢的来源较多时,出现气孔的倾向是较大的。
(6) 热源的控制:采用的热源必须有足够的能率,否则在加热时,热量会迅速向基体传导,轻则熔化层过深,重则整个基体熔化。
       这使得镁合金的修复较之普通材料实现起来更为困难。
       本公司采用波长为1.06μm的YAG激光,在专用气帘的保护下,有效避免了激光加工过程中,镁合金的氧化,成功实现了镁合金的激光修复。下图分别为单道和多道激光修复的形貌照片。从横断面分析来看,与修复层无气孔和裂纹、与基材呈良好的冶金结合,且对基材的热影响极小。
       应用领域:镁合金铸件缺陷的修复,如笔记本外壳、镁合金仪表盘、镁合金汽车零部件等。
铜合金的激光熔覆
       铜具有很好的传导性以及较好的机械性能,因而铜合金是工业中不可缺少的金属材料,在电力电器、机械制造、航空航天等行业得到了广泛的应用。近几年来,铜价的大幅度攀升进一步提高了铜合金零部件的成本,随着科学技术日新月异的发展,迫切需要改进铜合金材料的性能,要求在保证高导热性能或者高导电性的条件下,提高其硬度、耐磨性和抗电弧烧蚀性等。因此表面改性是延长铜合金零部件使用寿命、降低其使用成本的有效途径。
       目前,已有多种表面强化方法(电镀、化学镀、陶瓷强化、复合强化等),但是其又存在着各自的优点、缺点,如:镀层较厚、容易脱落、对环境有污染等,所以表面强化的技术需要进一步的改善和提高。激光表面技术为克服这些技术的难点提供了新的能量源和解决思路。
但是铜合金表面激光熔覆技术仍然存在着自身的问题:
1)铜合金的导热性能良好、比热容小、浸湿性能差、表面有坚硬的氧化膜,对光斑的反射率较大,这就使得激光产生的热量在其表面不易停留,直接熔覆功能涂层难以实现;
2)铜合金基体与涂层的材料体系之间的性能差别很大,使用过程中的界面失效问题要得到一定的重视,在中间要有相应的过渡层连接;
3)涂层内韧性不足,热裂和应力等缺陷存在于涂层内部。
       本公司采用了脉冲YAG激光成功地实现了铜合金表面改性,为提高铜合金的耐磨性提供了有效途径。
 

 

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