熔覆技术
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熔覆技术范文第1篇
【关键词】激光熔覆；采煤机；高速轴
1、激光熔覆技术在我公司使用背景
2012年我公司MG300/710-WD型采煤机在鄂尔多斯忽沙图矿使用不久，采煤机高速轴轴套摩损严重不能正常使用（如图1），后经验证硬度及耐磨性普遍达不到使用要求。
激光表面熔敷技术是在激光束作用下将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化，光束移开后自激冷却形成稀释率极低，与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法。
为了解决采煤机高速轴套因摩擦变形产生的漏油现象，考虑验证并使用激光熔覆这种新技术在采煤机高速轴上。
2、轴套失效故障分析及厂内试验验证
2.1采煤机高速轴套失效原因分析
图1为国内采煤机电机输出轴较为典型密封形式，结构中通过采煤机电机出轴带动传动轮进行高度旋转，由于传动轮靠电机端与骨架油封为高速旋转接触，易与骨架油封处发生摩擦损坏，所以在此处安装轴套以减少更换成本。
由于腔内工作温度高、电机出轴带动齿轮旋转速度快，所以当工作时轴套一直处于高速摩擦状态，也就造成了接触面易发生磨损变形。对轴套的表面要求镀铬抛光，硬度要求达到≥900HV，表面光洁度Ra=0.4，如图2所示：
由此分析，采煤机一轴油封漏油故障主要原因为油封唇口接触的耐磨轴套镀铬的表面性能不够；旋转过程中，耐磨轴套被油封划出沟槽（如图1），造成摇臂一轴电机处漏油。
2.2厂内试验验证
为了更好的对比出激光熔覆轴套与镀硬铬套的使用性能，可制作如图4所示装置对两种轴套进行耐磨性能比较。电动机带动传动轴进行指定速度的旋转，传动轴两端分别装有采用激光熔覆的耐磨套Ⅰ与镀硬铬的耐磨套Ⅱ，通过进油口注入油来使轴套处于接近与工作时的环境。
两种耐磨套耐磨对比试验模拟实际工况运行15天，共75小时。图5、图6分别为试验前后两种轴套表面对比。
由结果可知耐磨套Ⅰ（激光熔覆工艺）表面完好无损，老工艺耐磨套Ⅱ（抛光镀铬工艺）有划痕。
3、激光熔覆轴套在实际工作的使用
经过厂内的初步验证，我公司MG300/710-WD采煤机耐磨套（激光熔覆）于2012年6月17日发到鄂尔多斯忽沙图矿替换原工艺套进行使用，运转125天，仍在继续使用，未发生漏油现象。
综上所述，根据厂内验证及实际使用结果，我们使用激光熔覆耐磨套性能优于以往使用的镀硬铬耐磨套。
4、结束语
熔覆技术范文第2篇
摘要：阐述了采用激光熔覆进行表面改性的研究进展，主要从激光熔覆提高基体材料的耐磨、耐蚀、抗氧化性等方面进行介绍。并将其与传统的热喷涂表面改性方法进行了对比。同时介绍了激光熔覆技术的应用现状。总体而言，激光熔覆层与基体呈冶金结合，结合强度高；熔覆层的厚度可控制；激光熔覆层气孔少、组织致密。
关键词：激光熔覆；表面改性；耐磨性
激光熔覆是一种涉及物理、冶金、材料学等领域的材料加工与表面改性技术，其技术手段是通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光束使熔覆材料及基材表层一起熔凝，形成与基材表面为冶金结合的表面熔覆层[1]，在制备耐磨、耐蚀、抗氧化、热障涂层方面都获得了一些成功的应用[2-4]。激光熔覆是一种非常重要的材料表面改性技术，经济效益较高且发展迅速。它可以使廉价的低性能金属表面具有贵重的高性能合金表面的性能，以降低材料的成本，减少能源消耗，提高金属零件的使用寿命[5-7]。激光熔覆技术始于20世纪70年代，1976年美国的DSGnanamuthu获得了激光熔覆一层金属于另一种金属基体上的熔覆方法专利。1981年，公司利用激光熔覆，在发动机叶轮片上熔覆钴基合金，提高了其耐磨性。经过30余年的发展，激光熔覆已成为材料表面工程领域研究的热门课题，被广泛地用于航空航天、石油、化工、冶金、电力、机械、模具等领域[8]。本文从激光熔覆技术改善基体耐磨、耐蚀、抗氧化性等性能方面进行了阐述，通过与热喷涂技术的对比得到了激光熔覆技术的优势并介绍了激光熔覆技术目前的应用现状和发展趋势。
1激光熔覆改善基体性能研究
不锈钢、钛合金等金属由于在特定条件下耐磨性、耐蚀性差等缺点制约其在工业工程中的应用。利用激光熔覆技术可在这些金属基体上制备出耐磨、耐蚀、抗氧化、热障涂层和具有一些特殊性能的表面熔覆层。
1.1激光熔覆改善基体耐磨性研究
钛及其合金被广泛的应用于航天、航空、化工和生物医学领域，由于其具有优异的综合性能，如高的强度质量比、优异的耐腐蚀性、良好的热导率以及生物相容性。然而，钛合金的摩擦学性能差，尤其是在高温时摩擦系数大，限制了其应用范围[9-10]。因此有很多学者对增强钛合金的耐磨性做了大量研究。石墨、二硫化钼等常见的固体剂具有极易滑动的解理面，受到剪切力时易发生晶间滑移，滑动过程中的摩擦系数较低。杨胶溪等[11]利用激光熔覆技术在TC4基材表面制备TC4/Ni/MoS2复合材料。研究了室温和400℃下激光熔覆层的耐磨性。得出结论：在400℃下，由于MoS2的自性能，复合涂层的摩擦系数达到0.06；涂层的磨损量显著减少，比基体降低了将近10倍。但是这类固体剂在高于450℃时发生氧化，性能会很快失效。而hBN由于具有良好的高温稳定性和性，而且硬度较高，摩擦过程中不易破碎，在温度高于400℃时被广泛应用。
任佳等[12]以Ni60和hBN为原料，采用激光熔覆在钛合金（Ti6Al4V）基体上制备出了以镍基固溶体为增韧相，TiC、TiB2、CrB等为耐磨增强相，hBN为固体剂的自耐磨复合涂层。研究了以Si3N4陶瓷球为对偶件不同载荷下的干滑动摩擦磨损性能。结果表明：涂层硬度提高，由于碳化物硼化物硬质相的存在，降低了涂层与对偶件的粘着倾向，使复合涂层具有较低的磨损率。同时hBN在力的作用下铺展于摩擦表面使摩擦副之间形成了转移膜，保持力学性能的同时降低了涂层的摩擦系数。吴少华等[13]利用激光熔覆在钛合金基体上制备了酌-NiCrAlTi/TiC/CaF2自耐磨复合涂层，研究了钛合金和复合涂层在室温和高温（300、600℃）下的摩擦学性能。结果表明：复合涂层以镍基固溶体为增韧相，碳化物为增强相均匀分布于涂层中，复合涂层硬度大大提高，在室温下具有较低的摩擦系数，高温下表面生成的氧化膜起到了作用。XiaoLongLu等[14]利用激光熔覆技术在Ti6Al4V基体上制备出了Ni60-hBN涂层。研究了在5N载荷下不同温度、hBN含量不同时涂层的摩擦学性能。
结果表明：镍基增韧相在高温时变软，与硬的Si3N4球配副时发生粘着磨损，涂层的摩擦系数较高。在加入hBN后生成的TiB2、TiC相和hBN固体剂共同作用下改善了其摩擦学性能。以上的研究表明，硬质相的生成可提高涂层的硬度。可以外加硬质陶瓷相提高硬度以减少摩擦表面的粘着磨损从而降低摩擦系数，但是在重载作用下陶瓷颗粒可能会脱离基体，相容性较差。因此现在的研究大都通过与熔池中的元素反应原位生成增强相，起到强韧复合涂层的作用。少量六方氮化硼hBN的加入使涂层在高温（>400℃）时具有良好的耐磨性；而金属氟化物在高温下也有优异的摩擦学性能；MoS2的加入使其在中温下有显著地自性能，降低了涂层的摩擦系数。在今后的研究中学者可以同时复配低、中、高温段固体剂，这样在一个很宽的温度范围(25℃～1000℃)内涂层材料的摩擦磨损性能可能会大大提高。此外还有学者对其它金属基体的耐磨性做了大量研究。
ShitangZhang等[15]采用激光熔覆在1Cr18Ni9Ti基体上制备了Ni/hBN涂层，并与Si3N4陶瓷配副。研究了100N载荷下从室温到800℃下的摩擦学特性。研究发现随着温度的升高，摩擦系数呈下降趋势，当温度为800℃时，摩擦系数最低为0.25；600℃时磨损率最小为0.1伊10-7g/Nm。总的来说，激光熔覆镍基合金并添加一定的剂可在提高硬度保证材料力学性能的同时有效降低基体的摩擦系数和磨损率。激光熔覆材料除镍基粉末外还有钴基、铁基、陶瓷粉末。有学者在不锈钢表面激光熔覆Co基、Fe基合金粉末，使基体的硬度和耐磨性提高，同时也改善了其在特定环境中的耐腐蚀性。但是Co基合金成本较高，Fe基合金中Cr元素含量较低，其抗氧化性差。陶瓷粉末由于具有好的耐磨、耐腐蚀、抗氧化、耐高温性也常被用来制作高温耐磨涂层。此外，激光熔覆专用粉末的开发也成为了当下的发展趋势，在保持材料硬度的情况下有效的降低了熔覆层的开裂问题。
1.2激光熔覆改善基体耐蚀性研究
在特定的环境中，比如海洋环境、酸碱溶液中，零件表面的失效形式主要是腐蚀，这就导致了零件报废甚至整个机器的故障。腐蚀给造成的经济损失惨重，故在特定环境中对零部件的保护尤为重要[16]。杨宁等[17]在45钢基体表面制备出了VC-WC-W2C颗粒增强镍基熔覆层，涂层厚度0.8～1.0mm，并采用静态浸泡法研究该熔覆层在10%H2SO4溶液中的腐蚀性。得出结论：不同V2O5垣WO3垣C含量的镍基熔覆层在硫酸溶液中的耐蚀性均较好。杨晓红等[18]利用同步送粉法，在45钢表面激光熔覆Ni35合金粉末。研究了在3.5wt%NaCl溶液中，45钢基体与Ni35熔覆层的电化学性能。结果表明：在NaCl溶液中，Ni35熔覆层的腐蚀电位为-0.896V，基体的腐蚀电位为-1.006V，熔覆层的自腐蚀电流密度为1.096A/m2，基体自腐蚀电流密度为1.685A/m2，耐腐蚀性较基体大大提高且腐蚀速率要低于基体。郭士锐等[19]在不锈钢基体上激光熔覆Co基合金。利用气蚀装置对熔覆后的试样和基体进行分析。经激光熔覆后的试样表面抗气蚀性能较基体提高了2.7倍，气蚀累计质量损失仅为基体的36.8%。综上，激光熔覆耐蚀涂层以Ni基自熔合金或不锈钢及以它们为基的金属陶瓷复合涂层材料为主，具有优良的抗腐蚀性能。此外，由于稀土或稀土氧化物可以细化晶粒、改善基体的抗腐蚀能力，同时还可以提高涂层与基体的结合强度，降低涂层孔隙率。因此，学者可以通过激光熔覆技术制备含稀土氧化物的复合涂层以提高耐腐蚀性能。
1.3激光熔覆改善基体抗氧化性研究
韦子运等[20]采用NiCoCrAlY合金粉末在GH4037合金表面激光熔覆制备了纳米SiC颗粒增强Ni基合金涂层，进行了高温抗氧化性试验。试验发现加入适量纳米SiC颗粒涂层在高温时氧化增重比未加入SiC缓慢，这是因为激光熔覆层致密的氧化膜提高了抗剥落能力。张松等[21]在2Cr13钢表面激光熔覆钴基稀土合金涂层时，将稀土元素钇加到熔覆层中，熔覆层经氧化处理增重是未加钇的1/4。由此得出，加入钇明显地改善了熔覆层的高温抗氧化性能。ZhangXiaowei等[22]在Ti6Al4V基体上激光熔覆Ti/AlN混合粉末生成TiN/Ti3Al复合涂层。研究了Ti、AlN在不同的摩尔比下，600、800℃时涂层的抗氧化性。实验表明当Ti、AlN摩尔比为4:1时，涂层表面更均匀致密；在此摩尔比之下，600℃时涂层的相对抗氧化性为6.83，800℃时为1.94，相比于基体的1.0，其抗氧化性大大提高。总的来说，为了提高高温抗氧化性能，热障涂层是目前的发展趋势，它是以MCrAlY为连接底层，M代表铁、钴、镍三种金属中的一种或两种，以ZrO2为表面隔热层，兼有良好抗热腐蚀性能和隔热性能。为了提高其稳定性，也加有适量的氧化钇、氧化镁或氧化钙。越来越多的学者研究金属/陶瓷梯度涂层作为隔热涂层运用在工业中。这种功能梯度涂层使元素含量逐层改变，减小了熔覆层材料和金属基体之间的膨胀系数、润湿性等方面的差异，降低了裂纹的产生。
2激光熔覆与热喷涂法的比较
热喷涂技术是表面改性技术的重要组成部分之一，它是利用热源将喷涂材料加热熔融或软化，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面，制造一个特殊的工作表面(厚度为十微米至百微米级)，使其具有耐磨减摩、抗氧化、隔热、绝缘、导电等一系列多种功能[23]。冯旭东等[24]在Q235基体上利用火焰喷涂法制备了Ni25合金涂层，再采用激光熔覆重熔涂层，通过SEM观察得到激光熔覆层质量良好，基本无裂纹和气孔，组织致密晶粒细小；而热喷涂层有明显的孔洞，结合界面的质量差。激光熔覆层的硬度明显高于热喷涂层的硬度。马文有等[25]在铜合金表面先等离子喷涂镍基合金粉末，再进行激光重熔，在室温时以45钢为对磨件进行销盘磨损试验。
结果表明：热喷涂层近似呈层状结构，结合不致密，并有少量孔洞及裂纹出现，热喷涂层的耐磨性提高了5倍，经重熔后缺陷消失，与基体呈冶金结合，耐磨性提高了10倍。李刚等[26]在38CrMoAl基体上分别用激光熔覆与氧乙炔火焰喷涂制备NiCrBSi+25%WC合金涂层。通过对比可知激光熔覆涂层致密无气孔、熔覆层对基体的热影响较小且基体上存在弥散相，涂层的耐磨性大大增加；相反热喷涂涂层中有气孔、夹杂缺陷，涂层对基体的热影响较大，容易引起基体工件的变形，硬度也稍低于激光熔覆层。与热喷涂技术相比可知，激光熔覆层与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，涂层强度较高，不易使工件变形，而且目前大力开展的梯度涂层可以设计涂层的成分和结构。除了上述优点外，还有学者研究发现：该技术存在的一些问题，熔覆层的质量不易控制，表面会产生裂纹，所以这就要求熔覆层与基体材料的热膨胀系数要无限接近，虽然可以通过预热及后热的方法减少裂纹，但是该方法不能从根本上改善此问题，因此很多学者研究开发专用的激光熔覆材料。熔覆工艺参数不易控制，很多学者也通过大量实验来寻找使基体达到最好性能时的熔覆功率、扫描速度等，可通过计算机模拟来节省试验时间。同时对激光熔覆成型理论的研究尚须进一步完善，熔池固液界面的温度梯度及冷却速度对材料组织和性能影响较大，因此对熔池尺寸和温度的模拟也成为当下的研究热点。
3激光熔覆技术的应用现状
随着工业技术要求的发展，对发动机叶片、轴类零件、齿轮类零件等的工作温度环境要求也越来越高，零件失效和报废的速度越来越快[27]。如果可对表面损伤的零件进行修复，可以提高零件的利用率、减少经济损失。由于激光熔覆技术具有一系列优良的性能，因此该技术被广泛地用于零部件的修复中。张松等[28]将激光熔覆技术应用于鼓风机叶片表面的强化。即在15MnV钢叶片上激光熔覆镍基WC合金粉末，得到的涂层组织致密均匀，与基体结合良好，耐磨性和耐腐蚀性大大提高。经实际运行试验，原15MnV钢叶片运行总时间为800h，激光熔覆处理的叶片运行总时间不低于3200h，寿命提高了4倍以上。宫新勇[29]对受损TC11钛合金整体叶片盘的断裂叶片实施激光熔覆沉积修复。修复后的叶轮经仿形加工、无损检测、动平衡校验、超转试验后,最终实现了装机应用。罗奎林等[30]对航空发动机大型风扇机闸静子叶片采用单道多层熔覆工艺进行修复。结果表明熔覆区和母材结合良好，界面无冶金缺陷；激光熔覆层显微硬度平均比母材高15%；对修复后的风扇机匣经发动机400h长期试车后进行清洗、分解、故障检查，未发生掉块现象，熔覆质量高。马向东等人[31]采用Fe901铁基合金对Crl2淬火失效模具进行激光熔覆修复，使其具有较高的硬度、耐磨性和抗冲击性能，实际效果良好。
TaberneroI[32]对粉末和激光束的相互作用、熔池的创建等进行了模拟，最终利用激光熔覆技术对GGG70L冲压模具进行修复。刘建永[33]利用机器人激光熔覆技术对覆盖件拉深模进行了局部熔覆强化，取得了较好效果。JXiong等[34]利用激光熔覆对热轧机机壳进行修复，减少了轴承的磨损，提高其使用寿命。刘长生[35]通过激光熔覆镍基合金粉末对压缩机转子轴颈进行修复重建，运行显示各项指标均正常，并用便携式震动检测仪进行了检测。结果表明，修复的转子振动小于双振幅，转子与轴承的接触良好，运转平稳磨损正常。陈曦[36]对采煤机大齿轮采用单道激光熔覆Ni合金粉末进行修复再制造，并利用显微硬度仪、摩擦磨损试验仪及扫描电镜等检测装置对熔覆层表面进行组织检测。经修复，齿轮表面硬度满足要求；磨损率优于原材料。检测结果基本满足目标需求。目前，有学者利用激光熔覆在钛合金基材上制备具有生物活性陶瓷的羟基磷灰石，并将此植入人体引导诱发骨细胞的生长，其在生物医学领域的应用意义非凡。随着野中国制造2025冶发展规划的不断推进，激光熔覆技术将广泛应用于航空航天、电力行业、石油勘探、煤炭开采以及梯度功能零件的修复再制造中，并产生巨大的经济效益。
4结语
本文从激光熔覆改善基体材料性能、与热喷涂对比的优势以及其在零件修复中的应用三个方面对激光熔覆技术进行表面改性的研究进展加以综合阐述，得出结论：激光熔覆层与基体呈冶金结合；能进行选区熔覆，材料消耗少；绿色环保等特点被广泛用于金属的表面改性中。因此在未来的发展中，对激光熔覆的技术要求也会越来越高，学者可从以下几个方面进行深入研究：（1）熔覆工艺的优化。针对熔覆层表面开裂的问题，设计复合涂层和梯度功能涂层是未来的发展方向。研究熔池的温度场分布，熔覆层内发生组织变化的过程，来进一步完善熔覆工艺。（2）开发大功率的激光器。目前大部分激光器的功率较小，导致只能熔覆较小面积的工件，今后学者可以开发大功率的激光器，使熔覆面积扩大。（3）计算机模拟的应用。利用计算机模拟熔覆工艺过程可获得最佳的工艺参数，这样节省了通过大量试验寻求最优性能的时间。
参考文献：
熔覆技术范文第3篇
关键词 激光熔覆;宽带技术;组织;硬度
中图分类号TG174.445 文献标识码A文章编号 1674-6708(2010)20-0040-02
激光宽带熔覆技术与窄带相比较具有很多优点:单道熔覆宽度大;温度分布更为均匀;裂纹敏感性低;合金元素均匀分[1]。近今年来,已经逐步应用于重要机械部件的修复,如45#的修复[2]。本文运用宽带激光熔覆技术,配备傅里叶光学系统,采用自配粉末,对严重尺寸失效的45#进行了成功修复,重点研究了熔覆层的组织状态及硬度。
1 材料及试验方法
1.1 实验材料
基材为45调制钢,熔覆层粉末为自配的铁基合金粉末,粒度为36µm~74µm,化学成分(质量分数,% )为0.3C、1.7Si、15 Cr、≤1. 5Ni、1.5B、余量为Fe。
1.2 试验方法
试样采用钼丝线切割,试样尺寸为70mm×20mm×25mm,使用前用400金相砂纸打磨表面,再用丙酮清洗备用。
熔覆试验采用TJ―HL―T 5000型5千瓦CO2激光器,激光输出光束为多阶模,采用宽带单道扫描熔覆方式。宽带光斑尺寸为15mm×2mm,焦距统一为315mm,预置粉末厚度约为1.5mm,所形成的熔覆层厚度约为1mm,扫描速度与功率见表1。在垂直于扫描速度的方向制取金相样品。用型号为GX51奥林巴斯金相显微镜进行显微组织观察,用D/Max-2200型全自动X射线衍射仪对熔覆层进行物相鉴定,并进行了显微硬度测试。
2 结果与分析
2.1 激光熔覆层的宏观状况与熔覆层的显微组织状况
表2.1、表2.2分别为宽带激光熔覆层表观质量情况和熔覆层与基材的界面区域的裂纹情况。可以看出,P=3kW,V=3mm/s,修复表观质量最佳。图1为在此工艺条件下,熔覆样品的表观状况1(a)、熔覆层与基体的结合区组织形貌1(b)与熔覆层的组织形貌1(c)。
由表观状况1(a)可以看出熔覆层外表为均匀的波纹状,中间光亮的区域为生成的熔渣脱落区,表明粉末有良好的流动性与造渣能力,液体合金有良好的充型能力。
由熔覆层与基体的结合区组织形貌1(b)可以看出熔覆层与基材之间实现了良好的冶金结合,组织过渡良好,这样的组织也表明熔覆粉末材料与基体材料之间有着良好的相容性。保证了熔覆层与基体之间不会出现开裂现象。
由熔覆层的组织形貌1(c)可以看出熔覆层不同深度区域组织之间过度良好,保证了熔覆层内部不至于存在性能薄弱区域,在零件再次投入使用时从局部区域提前产生裂纹。
2.2 熔覆层的元素分布状况
熔覆层中间部位为正常服役区域,所以中间部位树枝晶区域的元素分布就成了熔覆层性能的关键因素。
形貌分析如图2,可以看出微观结构为两种组织成网状相间,组织之间也没有微裂纹,不同区域过渡自然,所以树枝晶区域内部的力学性能均匀,没有应力集中的危险,不会在本层引起零件破坏。取树枝晶区域不同位置,晶粒内部位置1和晶界处位置2分别进行元素成分分析结果如表3(a)和3(b):Cr元素在晶界处的含量比晶粒内部高,因为Cr元素是硬质相生成元素,所以在晶界处会有较多的硬质相生成。将熔覆层中部树枝晶区域相同位置元素分布与过渡区域元素分布进行比较,可以看出该区域Si的含量明显减少,Cr、Ni元素含量大量增加,Fe含量减小,所以在此会生成更多的硬质相,通过形貌比较我们也可以看出在该区域网状晶界明显增加,硬质相区域较大,会具有更好的力学性能。
2.3 XRD相的确定
图3为熔覆层X射线衍射分析结果,由图可知,涂层中相组成复杂,除了基体相 -Fe外,还有Fe5C2、Fe2B、FeSi等相,从图2还可以看出有表征非晶态的漫散包,这表明涂层内含有一定量的非晶,这种复合材料组织预示着熔覆层将会有比较好的力学性能。
2.4 显微硬度变化规律
图4为熔覆层结合区基材显微硬度分布曲线。由图可知,在熔覆表层,由于高能激光作用,造成合金元素的烧损,使表面硬度较低;由表及里约0.3mm处,硬度明显升高。
在0.3mm~0.9mm区域,硬度变化趋于平缓,这是由于熔覆层中结晶析出的碳化物和金属间化合物等数量变化不大所致。
在结合区域,显微硬度高达到了HV8100.2,这是由于在高能激光作用下,结合区发生激光淬火,产生马氏体组织。在接近基材处,硬度下降明显,原因是马氏体数量逐渐减少所致。
3 讨论
激光模式不同,都将造成激光光斑形状发生变化,光斑形状的不同能使所获得的熔覆层形貌和力学性能存在较大的差别。高斯光斑与宽带光斑能量分布如图5所示,即利用宽带系统,可将光束形状调制成功率密度分布为矩形分布的光斑,大功率激光通过这种变换后,激光的功率分布可以均匀地会聚在一个尺寸很小的方形区域,这不但大大方便了激光扫描工艺的制定,而且由于光斑具有整齐的方形边界,可以准确控制作用区域,使同时扫描的面积比较大。图5给出了本课题采用的调制光斑能量分布与高斯模式能量分布情况。
4 结论
1)宽带光斑尺寸为15mm×2mm,输出功率p=3kW,扫描速度v=3mm/,熔覆效果最佳;
2)宽带激光熔覆模式具有以下优势:(1)可以增加熔覆带宽度,单道熔覆宽度10~15mm,甚至更宽,窄带 φ1~3mm;(2)宽带激光熔覆可使温度分布更为均匀,由于激光束斑快速局部摆动使熔池表面温度最高点快速变化,导致熔池中央区域的温度梯度下降,裂纹敏感性降低,引起的变形减小,表观质量得到改善;(3)由于熔池边缘的温度梯度形成了适当的表面张力,可起到搅拌熔体使合金元素均匀分布的作用。
参考文献
熔覆技术范文第4篇
【关键词】船舶维修；激光技术；质量
0.前言
随着社会的快速发展，科学技术的进步，激光技术获得快速发展，由于激光技术具有一定的优越性，已经在军用、航天等领域中得到普遍运用。船舶在维修的过程中，常常会出现各种问题，怎样高效、迅速的对船舶进行维修，保证船舶维修的质量，是相关工作人员必须解决的问题。而在激光技术运用到修船行业中，能够获得不错的效果。
1.激光技术概述
在上世纪的六十年代，出现了激光这一新型光源。激光技术（laser technique）是按照一定的工作原理，对激光辐射或者是振荡的参数进行更改，从而将其改成适合某一种目标的技术[1]。激光技术与其他技术相比，具有一定的优越性，具备较好的单色性、较高的亮度以及较好的方向性等。目前已经了解的激光物质已经达到上千种，波长范畴由软X射至远红外。该技术的关键为激光器，激光器拥有很多的类型。依据使用要求的不同，可以采用专业的技术加强单项技术的指标以及输出激光光束的质量水平，较为常见的技术包含放大技术、Q开关、倍频等等。
2.激光熔覆技术在船舶维修中的运用
2.1激光熔覆技术概念及特点
激光熔覆技术是通过高能激光束，对金属表面进行照射，在利用快速的融化、拓展以及凝固，进而熔覆一些材料（化学、力学以及物理性能）在基材表面上，进而形成全新的复合材料，从而有效补充机体所缺乏的高性能元素[2]。依据实际工件的条件，熔覆设计的各种金属物质，包含各种功能，例如耐热、耐高温、抗腐蚀等等。激光熔覆技术和其他较为多见的电镀、堆焊以及喷涂相比较，具有一定的优越性，具体体现在：第一，工件基体和熔覆层两者间是利用冶金焊接技术进行连接，具有极强的致密性，不容易发生脱落现象。第二，具有较高的修复率，且能够有效的缩短施工时间。第三，修复位置的热变形不大，不会影响工件内部的金属属性。第四，在修复时，能够实行设备的自动运转，质量能够得到有效保证。
2.2激光熔覆技术在船舶维修中的具体运用
充分利用激光熔覆技术的优点，在船舶中的各个部件发生磨损现象，通过激光熔覆技术能够得到有效的恢复，经过激光熔覆技术所维护过的部件，可以达到或者是高出全新的部件。在没有将激光熔覆技术运用到船舶的维修中时，类似于轴类修复等方面的问题属于修复难题。现今在船舶维修中使用激光熔覆技术，能够将船舶的变形量保持在一定的范围内，如果是对大一些的轴进行激光熔覆修复，将不会发生变形现象。对于一些由不锈钢或者是铸铁打造的部件，利用激光熔覆技术加以修复，可以获得显著效果，且不会发生开裂现象。
3.激光技术在船舶维修中的具体运用
3.1对船舶轴线的确立
在进行船体改造与维修时，船舶的动力系统内，主机轴系统是其中十分关键的系统之一[3]。船舶主机产生所需的功率，进而利用齿轮箱达到主轴，且转移到推进器内，最终达到船舶行驶的目标，实现有关部门对船舶设计、建造的目标，满足用户的使用需求。假使船舶的主轴设置水平较低，测量缺乏准确性，这种情况将导致轴系振动，且轴系温度升高，进而对船舶的主机功率输出产生巨大的影响，使设备使用期限减短，埋下安全隐患，造成海损或者是海滩事件，威胁人们的生命安全。
传统的船舶主机轴系定位办法为对光线找正法或者是钢丝拉线法，这两种办法的准确定较低、且需要耗费大量的劳动力。在船舶的维修过程中，充分运用激光技术，对主机轴系进行定位与安装，能够实现高精准度的定位与测量，降低了劳动强度。与此同时，可以给出与技术有关的数据与资料，具有便利、正确、清晰等优点。
3.2在船舶净料方面运用激光技术
在对船舶进行维修的过程中，往往会进行部分船体增加某部分结构或者是更新换代的工作内容，一旦需要进行维修的部分船体完成维修或安装之后，通过检验并达到标准，则必须利用吊车将其放置在船台上，并对其加以对装合龙。在这个时候船体的中心线和船台之前已经明确好的船体合龙中心，对两者的中心加以矫正，且对船体的四角水平进行有效调节，从而使船台、船底以及船体甲板三者中心线的差异控制在2毫米以内，两边水平标准范畴的差异控制在正负3毫米，之后再开始对段净料进行制作。
船体净料的制作在没有运用激光技术之前，通常是采取吊线锤法展开的，具体的步骤为：第一，在对船体段甲板加以制作时，将甲板的中心线描绘出来；第二，在该段的两侧将长度截止线描绘出来，把截止线通过氧乙炔气割船体的净料，之后再沿着气割净料部位确定船底吊线锤与舷侧吊线锤的准确定位，将所标定的点进行画线处理，沿着所画线对船体净料进行切割。这种方式将造成极大的误差，进而造成合龙对装区肋位之间的差距超过差异值。
利用激光技术对船舶进行总段净料，就不存上述中发生的误差现象，激光光斑的直径在0.5毫米以内，该方法只会在一种情况产生误差，即切割净料的过程中发生在一次氧乙炔火焰切割宽度中，但是这种情况可以利用加放余量的方式加以处理，特别是在风沙较大的天气环境下，对船体进行段净料的制作时，采取激光技术能够获得较好的效果，制作出的净料质量更好。
4.结束语
综上所述，激光技术具备较好的单色性、较高的亮度以及较好的方向性等优势，将激光技术运用在我国的船舶维修当中，并发挥其良好作用，就能够有效改善船舶维修的质量，提升船舶测量的准确性与精准度，提升船舶维修的工作效率，降低劳动强度，从而促进我国修船行业的正常、稳定发展，保证我国船艇使用的安全，保证我国民众与战士的人身生命安全。
参考文献：
[1]张红亮，但堂咏.激光熔覆技术在船舶修理中的应用[J].中国修船.2009（05）
熔覆技术范文第5篇
关键词：激光熔覆 力学性能 纳米压痕
中图分类号：TG174 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（b）-0074-02
随着工业和科学技术的进一步发展，单一材料往往无法满足某些应用领域的严苛要求。为了解决此局限性，高性能的功能梯度材料得到广泛研究，以便满足各种独特的操作条件和要求[1]。例如：钛合金材料由于其优越的比强度得到广泛应用，然而，由于其较高的摩擦系数决定了钛合金的耐磨性能较差。因此，应用激光熔覆技术对钛合金材料表面进行改性处理，制备高性能耐磨钛合金复合板就显得尤其重要。激光熔覆技术[2]是以高能激光束为热源，将预置或同步供给在基体表面的具有优异耐磨、耐蚀等性能的涂层材料熔化，并与基体形成良好冶金结合，从而获得特殊要求的表面改性技术。此技术具有稀释率低、热影响小、熔覆件扭曲变形小、过程易于实现自动化等优点。在激光熔覆过程中，激光、粉末材料及基体间相互作用形成熔覆层是一个较复杂的熔化-凝固冶金过程，熔池的凝固在固液界面前沿存在柱状晶和等轴晶的相互竞争生长与转化，这便导致熔覆层组织结构的复杂性。不同的环境温度会直接影响熔池的凝固过程，从而形成力学性能迥异的微观组织结构。因此，分析不同的环境温度下制备镍基合金激光熔覆层的力学性能，探索制备具有最优力学性能镍基合金熔覆层的最佳环境温度是十分有意义的。该文研究了在750 ℃环境温度下制备Inconel 718镍基合金激光熔覆层的力学性能，并与室温下制备镍基合金熔覆层的力学性能进行了对比。
1 实验材料与方法
一个4 mm厚的Ti-6Al-4V合金板被用做实验基底材料，熔覆层材料为Inconel 718粉末，粉末颗粒尺寸介于50～100 μm。镍基合金粉末通过有机粘结剂预置在基底材料表面，其厚度是1.0 mm。一束5kW CO2激光通过水冷铜镜反射照射在样品表面。选用的激光加工参数如下：功率P=4 kW，扫描速度V=10 mm/s，光束直径d=5 mm，重叠系数为0.3，实验分别在750 ℃环境温度与室温下进行。最后，纳米压痕仪被用来分析镍基合金激光熔覆层的耐磨性与硬度。
2 结果与讨论
通过纳米划痕试验，分别研究在750 ℃环境温度下与室温下制备镍基合金熔覆层的表面摩擦系数。摩擦系数是指纳米划痕实验过程中切向力Pl和法向力Pn之间的比率。在划痕试验中，法向载荷在3 s内从0μN增加到3 000 μN，当达到最大载荷时压头以0.3 μm/s的速度在样品上保持滑动40 s，最后法向载荷在3 s内减小到0 μN。750 ℃环境温度下制备镍基合金熔覆层的平均摩擦系数大约是0.168，而在室温下制备的样品平均摩擦系数却为0.215，如图1所示。较低的摩擦系数说明具有更强的耐磨性，这一发现表明750 ℃环境温度有利于镍基合金激光熔覆层耐磨性的提高。同时可以发现，750 ℃环境温度下制备镍基合金熔覆层的摩擦系数波动范围较小，这说明了熔覆层组织结构的均匀性也得到了优化。
为了进一步研究熔覆层的表面力学性能，图2分别出示了在750 ℃环境温度下与室温下制备镍基合金熔覆层横截面的纳米硬度分布状态。图2（a）出示了室温下制备样品在0.45 mm×1 mm尺寸范围内的纳米硬度分布，压痕在水平与垂直方向上的间隔都为0.05 mm，Y方向为熔覆层厚度方向，图像最上端对应熔覆层表面；图2（b）出示了750 ℃环境温度下制备熔覆层样品的纳米硬度分布，方法参数与图2（a）一致。从图2中可以看出，750 ℃环境温度下制备熔覆层的平均纳米硬度约为7.4 GPa，较室温下制备的样品（6.7 GPa）高10.4 %，这进一步证明了750 ℃环境温度对镍基合金激光熔覆层的强化作用。其内在机理可能是由于750 ℃环境温度使镍基合金熔覆层发生再结晶行为，合金组织由沉e态的初始柱状晶转化为等轴晶，Laves相完全固溶，针状δ相以及γ"强化相分别在晶界处以及γ基体上大量弥散析出。
3 结语
提高环境温度对镍基合金激光熔覆层的力学性能优化具有重要意义，750 ℃环境温度能够提升熔覆层的耐磨性和硬度。此强化机制可能主要依赖于镍基合金熔覆层再结晶过程中析出的高强度第二相，即γ"相、δ相以及碳化物。
参考文献
熔覆技术范文第6篇
模具使用寿命取决于抗磨损和抗机械损伤能力，一旦磨损过度或机械损伤，须经修复才能恢复使用。目前可采用的修复技术有电镀、电弧或火焰堆焊、热喷涂(火焰、等离子)等。电镀层一般很薄，不超过0.3mm，而且与基体结合差，形状损坏部位难于修复，在堆焊、热喷涂或喷焊时，热量注入大，能量不集中，模具热影响区大，易畸变甚至开裂，喷涂层稀释率大，降低了基体和材料的性能。
利用激光熔覆的方法可实现对模具的修复。用高功率激光束以恒定功率P与热粉流同时入射到模具表面上，一部分入射光被反射，一部分光被吸收，瞬时被吸收的能量超过临界值后，金属熔化产生熔池，然后快速凝固形成冶金结合的覆层。激光束根据CAD二次开发的应用程序给定的路线，来回扫描逐线逐层地修复模具。由于激光束的高能密度所产生的近似绝热的快速加热，对基体的热影响较小，引起的畸变可以忽略，特别是经过修复后的模具几乎不需再加工。
1 激光修复系统
激光修复技术是集高功率激光、计算机、数控机床、CAD/ CAM、先进材料、数控技术等多学科的应用技术。修复系统主要由硬件设备和制造过程软件组成。硬件设备包括激光器、数控系统及工作台、送粉装置、光路系统、水冷装置、保护气系统和在线控制所涉及的数据采集装置。软件系统包括制造零件成型软件擞据通讯和在线控制软件。激光修复过程如图2所示。CO2激光器发出的激光经CNC数控机床Z轴(垂直工作台)反射镜后，进入三维光束成形聚焦组合镜，再进入同轴送粉工作头，组合镜和工作头都固定在机床Z轴上，由数控系统统一控制。载气式送粉器将粉末均匀输送到分粉器的同轴送粉工作头。
模具位于CNC数控工作台X-Y平面上，根据CNC指令，工作台、组合镜和送粉头按给定的CAD程序运动。同时加入激光和粉末，逐层熔敷。在温度检测和控制系统作用下，使模具恢复原始尺寸。为保证熔覆材料(金属粉末)和基体(模具)材料实现冶金结合，以及模具的尺寸精度、表面光洁度和材料性能，需将φ50mm圆形多模1kW-5kW高功率激光束变换成强度均匀分布的圆形光束，光斑尺寸可调(光路系统)，并配有水冷系统和光束头气体保护系统，同时需重点考虑同轴送粉装置和现场控制系统的设计。
1.1 同轴送粉装置
稳定可靠的粉末输送系统是金属零件修复质量的重要保证。粉末输送的波动将影响修复的质量。激光修复对送粉的基本要求是连续、稳定、均匀和可控地把粉末送入激光熔池。送粉装置由送粉器和同轴送粉嘴组成。在送粉器的粉斗下部，由于平衡气压的作用形成气固两相流化，并从导管开孔，随载气输送粉末。送粉量由输送气体的压力调节，拓宽了送粉范围，实现从5g/min-150g/min均匀连续可调送粉，送粉精度高达±5。设计的载气同轴粉嘴，消除了气体压力波动引起的4路送粉不均匀，并使工作距离加大，且连续可调。
1.2 模具修复过程的控制
在理论上，熔池温度场决定修复过程的宏观与微观质量，因此在激光熔覆层质量控制过程中，表征熔覆层熔池温度场的实时检测非常重要。采用红外测温技术来检测激光加工区域的温度场，结合温度场标定结果推导出实际的温度场信息，来控制激光器功率输出值以及CNC机床的运动速度，以保持熔池温度稳定，避免零件由于过热或温度不均产生裂纹气孔等缺陷。虚线范围内所示的是比色测温仪，光路系统选用单台相机，切换不同滤色片的单通道图像记录方式。滤光片及其控制保证两个滤光片(804.5nm和894.6n m)交替置于数字相机图像记录光路中，移动响应时间
1.3 激光修复模具工艺参数
激光修复伴随着传热、辐射、固化、分子取相及结晶等物理和化学变化，是个多参数过程。激光功率P、扫描速度、送粉量、熔池温度等都会对其产生影响。因此必须把参数合理地组合，以确保修复工作是在涂覆特性可知的情况下进行。在激光熔敷过程中，如果不采用特殊的工艺过程对基材的热输入量进行控制，将会使熔敷层与基体结合程度不理想，或在熔层表面和熔敷层与基材的过渡区产生裂纹。因此，合理地选择工艺参数是激光熔覆技术用于模具维修的关键因素。
根据物理冶金原理，熔敷材料和基体材料必须加热到足够高的温度才能满足实现冶金反应所无原则的条件，最终形成几何外形规则的熔敷层，见图1，根据经验，应尽可能使熔敷材料加热到较低的温度，这样可以减小熔敷裂纹、畸变倾向，也可避免熔敷材料的烧损和蒸发，需控制熔化材料的熔点(取基体、粉末材料两者最高熔点)Tm+(50-100)℃。参考温度场计逄，理论上P取值为1KW-2KW、为2mm/s-4mm/s可满足上述要求，至于熔覆层表面不平度，可通过调节送粉量实现其最小化。
2.2 试验方法
试验用横流连续波5kW-CO2激光器，光束模式为多模，光斑直径为4mm，基体材料(模具)为5CrMnMo钢，试样尺寸80mm×60mm×10mm，由于Ni合金粉流动性好，与基材相结合后表面光洁，价格适中，故选用了Ni60镍基合金粉末材料。试验选定激光功率P为1.5kW 。
3 试验结果分析
3. 1工艺参数对模具修复性能的影响
从熔覆层组织可以看出，激光与粉末材料相互作用充分，稀释率适中，在熔覆层内各层间组织与层内组织稍有差别，层内组织均匀细小致密，层间组织较粗大。由此可知，激光修复可以在相当宽的范围内获得组织均匀、细小致密和性能优异的修复层。测量1~3层硬度变化为85HV0.2。
试验结果表明，粉末在与激光相互作用时，如果激光功率P>5kW且扫描速度
3.2 工艺参数对模具修复宏观形貌的影响
试验表明，在P和变化不大时，激光熔覆表面宏观形貌与送粉量关系密切，在其它条件相同的情况下，随的增大，熔覆层宽度有所变化(有变小的趋势)，而熔覆层厚度明显增加，接触角加大。完全可以利用调节的方法改善熔覆层表面不平度。
4 结论
熔覆技术范文第7篇
关键词： 输配电；线路；覆冰；
Abstract: When the overhead power transmission line ice too much, line, the lightning shield line appeared severe icing, first is the aggravation of conductors and tower mechanical load, so that the wire sag excessively increased, resulting in mixed lines or broken; when the wire, ground wire icing off, will make the wire, grounding wire jumping phenomenon, which caused the mixed line accident. This article on the power transmission line icing and eliminating measures.
Key words: power transmission and distribution lines; ice;
中图分类号：TM726
前言：
覆冰是一种分布广泛的自然现象，尤其雾凇是一种美丽的自然景观。但对于输电线路，严重的覆冰则有可能导致故障，甚至会引发大面积停电等灾难性事故。自20世纪50年代开始，加拿大、美国等覆冰严重的国家相继对输电线路覆冰进行了观测和研究。我国也是世界上覆冰严重的国家之一，长期以来，输电线路工作者一直为解决覆冰问题进行不懈的探索，并获得了许多重要的工作成果。1976年，在全国首次重冰线路设计运行经验交流会议上，提出了“避、抗、熔、改、防”五字方针，成为输电线路抗冰的主要技术原则。随着我国电网规模的快速扩大，近50多年来，大面积冰害事故在全国各地时有发生，尤其2008年12月，我国南方电网出现了持续较长时间的大范围雨雪冰冻天气，造成1252条110500kV线路倒塔7377基、受损3092基，13888条1035kV线路故障停运，给当地人民群众生活和国民经济发展带来严重影响。加强和改善输配电线路安全、可靠运行，降低输配电线路事故率，关系到电网安全、稳定和供电可靠性,关系到社会经济的发展和电力企业的经济效益。由于架空线路分布很广,又长期处于露天之下运行,所以经常会受到周围环境和大自然变化的影响,从而使架空线路在运行中会发生各种各样的故障。据历年运行情况统计,在各种故障中多属于季节性故障。
1 架空线路覆冰的原因
架空线路的覆冰是在初冬和初春时节(气温在-5℃左右),或者是在降雪或雨雪交加的天气里,在架空线路的导线、避雷线、绝缘子串等处均会有冰、霜和湿雪混合形成曲冰层。这是一层结实而又紧密的透明或半透明的冰层,形成冠冰层的原因,是由于在自然界物体上附着水滴,当气温下降时,这些水滴便凝结成冰,而且越结越厚。
有时,也会在导线表面上结上一层白霜,呈冰渣性质,其重量比坚实的覆冰轻得多,但其厚度却大得多。一般当空气中有大量水分且有微风时,最易形成笛。
在湿雪降落时,湿雷一方面粘在导线上,同时又会浸透正在结冰的木,使冰层越来越厚,最厚可达10cm以上。
当风向与线路平行时,覆冰的断面里椭圆形;当风向与线路垂直时,覆冰的断面呈扇形,即在导线的一个侧面;当无风时,覆冰则是均匀的一层。
此外,覆冰还与线路走向有关,在冷、热空气的交汇处经过的线路,覆冰就更严重。覆冰在导线或绝缘子上停留的时间也是不同的,达主要决定于气温的高低和风力的大小,短则几小时,长则达几天。
2 因覆冰而发生的事故
导线和避雷线的覆冰有时是很厚的,严重时会超过设计线路时所规定荷重。如果导线、避雷线发生覆冰时还伴着强风,其荷重更要增加,这可能引起导线或避雷线断线,使金具和绝缘子串破坏,甚至使杆塔损坏。尤其是扇形覆冰,它能使导线发生扭转,所以对金具和绝缘子串威胁最大。常见的线路覆冰事故有以下几种:
1)杆塔因覆冰而损坏
一般是由于直线杆塔某一例导线断线所造成的。此时,由于带覆冰的导线在该杆塔的另一侧形成较大的张力,使杆塔受到过大的荷重,故造成倒杆或倒塔事故;
2)导线覆冰事故
如果导线在杆塔上是垂直排列的,当导线和避雷线上的覆冰有局部脱落时,因各导线的荷重不均匀,会使导线发全跳跃现象,从而使导线发生碰撞,造成短路故障;
3)线路各档距覆冰不均引起事故
由于线路各档距内的覆冰不均等原因,会使各档距内的弧垂发生很大变化。有严重覆冰的档距内的导线荷重很大,特使导线严重下垂,以致有时使导线离地面距离减小到十分危险的程度,因而发生事故;
4)绝缘子串覆冰事故
虽然绝缘子上冰层厚度所增加的重量不大,但却降低了绝缘子串的绝缘水平,会引起闪络接地事故,甚至烧坏绝缘子,其后果也很严重。
3 覆冰的防止和消除措施
为了防止覆冰所引起的故障,设计杆塔时,应考虑由于覆冰所形成的外加荷重。对经常发生严重覆冰的地区,架设耐覆冰式的线路,这种线路的杆塔较一般杆塔的机械强度大,档距较短,导线张力较小。为了避免碰线,导线应采用水平排列的布置方法并应适当地加大导线和避雷线之间的距离。
选择线路路径时,应注意避开冷、热空气的交汇处。但是在覆冰特别严重的地区,上述措施还是不够的,覆冰仍可引起破坏线路的事故。因此,在运行中必须观察导线上产生理冰的情况,并采取适当的措施予以消除。消除导线上的覆冰,有电流熔解法和机械打落法。
3.1电流熔解法
这种方法,主要是加大负荷电流或用短路电流来加热导线使覆冰熔解落地,达到除冰的目的。具体做法有以下3种:用改变电力网的运行方式来增大线路负荷电流;将线路与系统断开,并将线路的一端三相短路起来,另一端用特设的变压器或发电机来供给短路电流。
当采用增大线路负荷电流来加热导线的做法时,应在覆冰开始形成的初期即加大负荷电流,作为预防措施。但是这种办法会使线路的电压降低、增大电能损耗,所以不能长期使用。当用短路法来熔化覆冰时,则应根据线路长度,导线的截面和材料,淮备好必要的设备,其容量应事先计算好,使之能够满足熔冰的要求。
在进行熔冰以前,应注意检查长时间通过短路电流的系统结线和设备。用短路电流熔冰时最好不要使用发电厂和变电所的接地网,而采用单独的接地装置,以免发生危险。用短路电流镕冰时,还应派人到线路上去观察覆冰的熔化过程,当覆冰已开始从导线上脱落时,应立即切断熔冰电流,否则时间一长,会使导线过热,特别应注意导线的连接处。在一般的设备条件下,电流熔冰法是很难实现的,因此,除了在重冰区外,其实用价值不大。
3.2机械除冰法
机械除冰主要采用下列几种做法:
1)从地面上向导线或避雷线抛掷短木棍,打碎覆冰,使之脱落。也可以用木杆或竹竿进行放抓使覆冰脱落。如果线路停电困难也可用绝缘杆来敲打覆冰;
2)用木制套圈套在导线上,并用绳子顺着导线拉,便可消除覆冰;
3)用滑车式除冰器来除冰。
总之,机械除冰法是比较原始的,除冰器的样式各地区也都不相同,其种类很多。 机械除冰法主要缺点是,必须停电进行,费时、费力。采用机械除冰法时,必须保证导线和避雷线不发生任何机械损坏。
熔覆技术范文第8篇
【关键词】金属材料；快速凝固；激光；
利用激光熔化金属材料表面，可以得到快速凝固后的表面材料，并且还能带有组织特征。例如枝晶及组织细化、低偏析或无偏析、准晶、溶质元素高度过饱和固溶等，并且还能获得具有物理性能、化学性能或力学性能的表面材料。此外，在利用激光将材料表面快速熔化的过程中，向熔池内添加合金元素，还能获得许多零件基材，并且这些零件基材的成分、组织及性能都完全不同，是特种表面冶金涂层材料，具有细小、均匀等特点。
快速凝固激光加工的过程十分迅速、灵活，且易于自动化、热影响区小，因此利用该技术将金属材料表面改性的应用基础与研究都得到了迅速发展。并且，以快速凝固理论作为研究基础，在其发展之上演变而来的激光表面合化金技术与激光表面工程技术也成为了现代表面工程的新技术之一，这两种技术都能将特征先进涂层材料与优质零件进行设计合成。近年来，随着快速原型制造技术的发展，快速凝固激光材料的加工基本原理不断发展，两者相结合之后使高性能金属零件激光添加技术也得到迅速发展。高性能金属零件激光添加技术成为了激光技术、材料学科、材料加工工程等学科的重点研究对象。该技术是将材料设计、材料合成与近净形复杂金属零件快速成形相结合的制造技术，具有先进性、知识化、数字化等特点。
一、将钛合金快速凝固的激光熔覆技术
在金属材料中，钛合金的优点十分多，例如密度低、耐蚀性高、生物相容性好、比强度高等，而航天、航空、兵器、船舶等领域又十分需要这种材料，因此钛合金得到了广泛应用。但是钛合金也有一些缺点，如耐磨性低、易粘着、摩擦系数高、高温高速摩擦易燃等。但是同时，钛合金在这些领域大多是作为摩擦磨损运动副零部件，不能让其自身的缺点影响到应用效果。而想要使钛合金的耐磨性增高、阻燃性增高、摩擦系数降低，达到完美摩擦磨损运动副零部件的效果，就必须采用先进的表面工程技术改变钛合金表面缺点。最经济灵活的方式是将钛合金零件基材与牢固的冶金结合，形成具有高温耐磨、耐腐蚀、阻燃性强的特殊材料。
利用激光表面所含的合金化与激光熔覆技术结合耐磨材料表面改性层，可以将钛合金的耐磨性能大幅提高。此外，将快速凝固激光表面合金化技术与激光熔覆技术相结合，利用难熔金属化合物能增强钛合金表面的高温耐磨涂层，并且达到快速凝固效果。此种方法还可以应用于TC4、BT9、TA15等钛合金采研制出 、 、 等高硬度且十分耐磨的金属间化合物耐磨涂层新材料。在上述的涂层组织中，都是金属间化合物，它们的硬度较高，并且温度与硬度关系反常，有金属键与共价键共存现象。经过研究，发现这些金属间化合物在室温条件或高温条件下，摩擦系数、磨料磨损率、滑动磨损率及微动磨损率都非常低，并且其耐磨性还能继续提高，甚至达到钛合金基材的100至700倍，而其摩擦系数可降低整整一半。这些研究为作为摩擦副机械零部件的钛合金应用提供了新的方法。
二、金属材料快速凝固激光制备特种涂层新材料
一般而言，高温运动副零部件应用环境都是十分恶劣的，大多应用于航空及航天发动机、石油采集设备、电力工程等方面，因此对这些高温运动副零部件组成材料的性能要求极高，不仅需要强大的耐高温性能、耐腐蚀性能、抗氧化性能、低摩擦系数，还需要较强的生物相容性。而这样的多功能材料新涂层需要非常优质的涂层制备技术。因此，近年来许多研究人员将涂层制备技术和快速凝固激光熔覆技术相结合，研究出具有强大功能的涂层新材料，不仅这些新材料的各种性能都大大提高，同时也进一步发展了凝固激光熔覆涂层制备技术。
在航空装置、航天装置、石油采集设备等先进技术装备的发动机中都需要用到许多高温高速副零部件，而具有多功能的涂层新材料都具有耐高温、耐磨损、抗氧化、低摩擦、摩擦相容等特点，因此十分适合航空发动机等先进装置的条件。此外，将快速凝固激光熔覆涂层制备技术与耐磨材料的设计原理相结合，还可以得到性能更加优异的激光熔覆涂层新材料，例如超高碳 。其工艺性能良好、碳含量在9%-12%之间，并且内部显微组织呈孤立分布的状态。此种激光熔覆涂层新材料已经应用到我国的先进航空发动机中，作为关键高温高速滑动摩擦副部件使用。
随着高温耐磨运动副零部件的应用环境越来越恶劣，对其性能要求也越来越高。此时对于过渡金属硅化物的化学性质也提出了更高要求，因为难熔金属硅化物在摩擦学、耐磨材料、表面工程等领域都能表现出其众多的优点，所以难熔金属硅化物成为了多功能涂层新材料的又一研究领域。经过研究人员坚持不懈的探索，终于成功研究出 、 、 、 等多功能涂层新材料，这些金属硅化物的高温耐磨性优异、抗热性能和抗腐蚀性能极高、低摩擦系数及其摩擦相容性更是符合标准，并且各性能之间还能相互配合，优化其涂层激光熔覆制备技术。在常温金属及高温金属干滑动试验中， 、 等金属硅化物涂层具有反常载荷、反常温度、与金属摩擦完全不粘着等特性。
三、金属材料小平面相液-固界面结构及其生长机制
在凝固理论研究中，小平面相的液-固界面结构、生长形态、生长规律及生长机制一直都是重点研究课题。笔者在研究增强金属及金属间化合物的复合涂层材料时，以 作为研究对象，研究在不同的凝固冷却速度下，它的小平面相的液-固界面结构、生长形态、生长规律及生长机制有何不同。
结果表明，在冷却速度为 发非平衡凝固条件下，小平面相 的生长形态十分分度，在没有达到最快速凝固条件时， 小平面相液-固界面结构为三维网络树枝状；而在达到最快速凝固条件时， 小平面相液-固界面结构为小平面花瓣状分枝团族树枝晶状。可是，不论凝固冷却速度条件是否达到标准，即使其凝固形态不同，但其生长界面始终具有小平面特征，说明类似 晶体的高因子小面晶体在较宽的凝固冷却速度范围以内，其小平面相液-固界面结构及其生长机制的基本特征都不会随着凝固冷却速度的变化而产生变化。
四、高性能金属材料激光快速成形
高性能金属材料激光快速成形技术是近年来随着材料科学不断发展形成的新技术，也属于快速凝固技术的一种，由新材料制备技术结合先进制造技术研发而来。该技术的核心是快速凝固激光材料制备加工技术，利用快速原型制造技术在没有任何模具与工装条件下即可快速成形任意形状的零件。高性能金属零件激光快速成形技术具有高度的柔性、适应性及快速响应性，应用面十分宽广。
结束语
随着高温耐磨运动副零部件的应用环境越来越恶劣，对其性能要求也越来越高。利用激光熔化金属材料表面，可以得到快速凝固后的表面材料，并且还能带有组织特征。快速凝固激光加工成形技术是利用金属快速凝固效应进行新材料制备的新型技术，也可以进行高性能金属材料的直接成形。该技术在许多先进航空材料的表面改性、发动机涂层新材料合成、优质涂层制备等方面都具有广阔的应用前景。
参考文献