预置送粉式激光熔覆
是将熔覆材料预先置于基材表面的熔覆部位,然后采用激光束辐照扫描熔化,熔覆材料以粉、丝、板的形式加人,其中以粉末涂层的形式加人最为常用。预置送粉式激光熔覆的主要工艺流程是基材熔覆表面预处理一预置熔覆材料一预热一激光熔化一后热处理。主要有粘接、喷涂两种方式,粘接方法简便灵活,不需要任何设备。涂层的粘结剂在熔覆过程中受热分解,会产生一定量的气体,在熔覆层快速凝固结晶的过程中,易滞留在熔覆层内部形成气孔;粘结剂大多是有机物,受热分解的气体容易污染基材表面,影响基材和熔覆层的熔合。喷涂是将涂层材料(粉末、丝材或棒材)加热到熔化或半熔化的状态,并在雾化气体下加速并获得一定的动能,喷涂到零件表面上,对基材表面和涂层的污染较小。但火焰喷涂、等离子弧喷涂容易使基材表面氧化,所以须严格控制工艺参数。电弧喷涂在预置涂层方面有优势,在电弧喷涂过程中基材材料的受热程度很小(基材温度可控制在80℃以下),工件表面几乎没有污染,而且涂层的致密度很好,但需要把涂层材料加工成线材。采用热喷涂方法预制涂层,需要添加必要的喷涂设备。
机械或人工涂刷法主要采用各种粘合剂在常温下将合金粉末调和在一起,然后以膏状或糊状涂刷在待处理金属表面。常用的粘合剂有清漆、硅酸盐胶、水玻璃、含氧的纤维素乙醚、醋酸纤维素、酒精松香溶液、碳氢化合物溶液、脂肪油、B2胶水、超级水泥胶、环氧树脂、自凝塑胶、丙酮硼砂溶液、异丙基醇等。
在激光加热过程中,硅酸盐胶和水玻璃容易膨胀,从而导致涂层与基材间的剥落。含氧的纤维素乙醚没有上述缺点,且由于在低温下可以燃烧,因此不影响熔覆层的组织与性能,还能保证涂层对辐射激光有良好的吸收率。在激光熔覆时,大多数粘合剂将燃烧或发生分解,并形成炭黑产物。这可能导致涂层内的合金粉末溅出和对辐射激光的周期性屏蔽,其结果是熔化层的深度不均匀,并且合金元素的含量下降。若采用以硝化纤维素为基的粘合剂,如糨糊、透明胶、氧乙烷基纤维素等,可以得到好的实验结果。
同步送粉法与预置法相比,两者熔覆和凝固结晶的物理过程有很大的区别。同步送粉法熔覆时合金粉末与基材表面同时熔化。预置法则是先加热涂层表面,在依赖热传导的过程中加热整个涂层。
在材料表面激光熔覆过程中,影响激光熔覆层质量和组织性能的因素很多。例如,激光功率P、扫描速度、材料添加方式、搭接率与表面质量、稀释率等。针对不同的工件和使用要求应综合考虑,选取最佳工艺及参数的组合。