影响熔覆层质量的主因素有哪些

时间：2023-09-06

熔覆层的质量直接影响其性能。影响熔覆层质量的主要因素有材料性能、光束质量、工艺参数、外部环境等。而熔覆层的质量问题主要的有裂纹、氧化烧损、粗糙度、稀释率等，下面国盛激光就来给大家说说这几个熔覆层的质量问题：

1. 裂缝

在激光熔覆过程中，由于高能量密度激光束的快速加热和熔化，在熔覆层和基体之间产生很大的温度梯度。在随后的快速冷却中，这种温度梯度会造成熔合层与基体的体积膨胀和收缩的不一致，使它们相互抑制，形成熔合层的内应力。这种应力通常是拉应力，往往会导致熔覆层开裂和基体变形。

根据裂纹的位置，将裂纹分为熔合层裂纹、界面基体裂纹和搭接区裂纹。界面基体裂纹是较常见的。熔覆基体材料在一定温度下进行预热和后续处理，将有效降低温度梯度，减少热应力，有利于抑制熔覆层裂纹的发生。然而，预热和慢速冷却削弱了激光加热和快速冷却的优势。增加Ni含量可以有效降低Fe-Cr-Ni-B-Si熔覆层的开裂敏感性。适当提高能量密度可以显著降低裂纹倾向，在熔池中施加电磁搅拌也可以减少裂纹。对于每种涂层，应尽量减少涂层的厚度，可以用平面应力状态代替应变状态，这样可以减少开裂的倾向。

复合涂层技术还可以降低开裂倾向，在基体和涂层之间引入一个中间过渡层，使涂层的成分和性能沿厚度方向连续变化。金属基体与陶瓷相涂层之间没有明显的界面，能有效削弱涂层中的应力，提高涂层与基体的结合强度，减少裂纹的发生，但工艺复杂，生产成本高。

2. 基体材料的变形，防止基体材料变形，一般采用以下措施：

(1)采用热处理基体材料的内应力;

(2)尽量选择较薄的包层。

(3)采用预热和后置处理工艺。

(4)通过预应力张拉、预变形或夹紧，减少或防止基材变形。

3. 氧化和烧损

在高能激光的作用下，如何减少合金元素的氧化和烧损也是需要解决的问题。目前较常用的方法是实施氩气保护，但应注意气体流变性。氦气保护优于氩气和，并产生较好的表面光洁度，较精细的微观结构，较高的冷却速度，较高的表面硬度，但氦气也有较高的成本。

4. 表面粗糙度

激光熔覆容易造成表面不均匀，即起皱，导致表面粗糙度增加。产生起皱现象的主要原因是在激光的作用下，合金熔池表面存在较大的径向表面张力梯度。这种较大的径向表面张力梯度具有双重作用，它不仅造成合金元素在高温下的快速混合，而且导致其凝固表面的不均匀性。

5. 稀释率

在激光熔覆过程中，稀释率预计在5%以内，以确保高性能的表面。当使用同步送粉法时，粉末流率是决定稀释率的较重要因素。当送粉速度较小时，稀释率随扫描速度的增加而减小。送粉速度较高时，稀释率随扫描速度的增大而增大，这可以用粉末流动产生的热屏蔽效应来解释。采用矩形光束可以降低熔覆层的稀释率。但稀释率不能太小，否则基体材料得不到充分熔化，与熔覆层的结合力下降，容易造成涂层脱落。

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