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超高速激光熔覆技术在航天航空领域的应用

发布时间:2020-09-09 10:11:11   浏览次数:

激光在各行各业的应用已经达到了全覆盖的水平,它可以说是自发明以来对人类及社会最深远的重大科技成果之一,就连早期的文学作品中都有对它使用方式的设想描写,好比星球大战电影系列中使用的“光剑”,就是激光的一种使用方式。



在工业制造领域,由于其具有非常好的方向性、光亮度、单色性等特有的光学性能,它得到了非常广泛地使用。使用激光对物质的加工,原理就是用高密度的能量束对其进行快速、局部地加工处理,使其能够达到目标所需要的性能。

在目前工业领域中,运用最广泛的就是激光表面改性技术,激光熔覆技术就是激光表面改性技术之一。
激光表面熔覆技术就是通过在基体材料的表面添加一层覆盖材料,再用激光这个高密度的能量束对其表面进行加热,使基体材料的表面和覆盖材料一起融化混合,因为材料自身有热传导的作用,被加热融化后的材料表面迅速冷却,温度降低,然后快速凝固,形成一层与基底材料相结合的覆盖层。

这个新生成的覆盖层能够显著改善甚至再造基体材料,使其能够达到耐磨损、耐热、耐腐蚀、抗氧化及其他目标特性。
激光熔覆作为一种激光表面改性技术,主要用于改善和提高材料的表面性能以及零件的表面修复。它有几种不同的填料方式,其中比较常见的是预置式和同步送料法。优点就是涂层与基体材料结合紧密,熔覆结构致密紧实。 预置式激光熔覆机 其是将熔覆材料事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、板的形式加入,其中以粉末的形式较为常用。预置式激光熔覆机的主要工艺流程为:基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。 同步送料法机 同步送料法机则是将熔覆材料直接送入激光束中,使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入,有的也采用线材或板材进行同步送料。同步送料法的主要工艺流程为:基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。按工艺流程,与激光熔覆机相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。



激光熔覆机的设备组成是由激光器、冷却机组、送粉机构、加工工作台等几个主要功能部件组成的。而目前应用广泛的有CO2激光器,固体激光器。CO2激光熔覆机是应用较广、种类较多的一种激光器,在汽车业、钢铁工业、造船业、航空业、电机业、机械工业、冶金工业、金属加工等领域广泛应用。占
全球激光器销售额的百分之四十,而美洲特别是北美地区,更是高达百分之七十
。 激光熔覆机有效率高、光束质量高、功率高等特点。效率高,光电转换率可达30%以上,比其它加工用激光器的效率高得多。

目前,金密激光融合工业机器人技术,也研发出一款极高的激光熔覆机——机器人激光熔覆机。

这台机器人激光熔覆设备可以用不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化,并快速凝固后形成稀释度极低与基体成冶金结合的表面涂层,显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性,从而达到表面改性或修复的目的,既满足了对材料表面特定性能的要求。

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