稀釋率計(jì)算可以通過(guò)測(cè)量涂層橫截面積的幾何方法:
稀釋率=基體融化面積/(涂層面積+基體融化面積) x100%
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當(dāng)涂層厚度和功率密度一定時(shí),稀釋度隨著激光能量密度增加而增加。能量密度越大,基體的融化區(qū)域越多,則涂層成分的變化就越大。而粉末涂層厚度減小時(shí),涂層的稀釋度增大;反之,粉末涂層厚度增大,則稀釋度減小,因?yàn)榉勰┩繉釉龊裣拗屏嘶w融化深度的增加。研究表明,對(duì)于寬帶送粉激光熔覆,在激光處理參數(shù)保持不變的條件下,稀釋度隨掃描速度和送粉速度的增大而變小。為保證高的涂層性能,除個(gè)別特殊情況外,一般都要求其稀釋度盡可能低;在激光噴涂時(shí),通??刂圃?/span>5%左右;而對(duì)激光熔覆,其稀釋度亦應(yīng)小于10%,最好也在5%左右。實(shí)驗(yàn)中,ZKZM中科中美4KW高速熔覆激光器在液壓支柱表面鍍一層合金涂層,涂層厚度0.1mm,稀釋度檢測(cè)約為6%。
氣孔與裂紋的問(wèn)題
激光熔覆技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的重要障礙之一是熔覆層質(zhì)量的不穩(wěn)定性,而其缺陷主要是氣孔、裂紋、變形和不平度;其中最棘手的問(wèn)題是裂紋,而裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展又與氣孔的存在有關(guān)。
裂紋產(chǎn)生的主要原因是熔覆層中由于快速加熱和冷卻而存在的殘余應(yīng)力。此外,裂紋的產(chǎn)生還受到熔覆過(guò)程中工藝參數(shù)、熔覆層和基體材料、熔覆層厚度等多種因素的影響。抑制裂紋生成的主要方法有:①采用預(yù)熱與緩冷以減少裂紋生成的可能性和松馳應(yīng)力;②設(shè)計(jì)梯度熔覆層,在基體材料與熔覆層之間選用過(guò)渡熔覆層以緩和應(yīng)力、減少裂紋產(chǎn)生。
氣孔的產(chǎn)生是由于熔覆材料的激光融化過(guò)程中有氣體存在,且在快速冷凝時(shí)來(lái)不及逸出而導(dǎo)致的(一般多是由于金屬中的碳與氧反應(yīng)或金屬氧化物被碳還原所形成的反應(yīng)氣孔,也存在固定物質(zhì)的揮發(fā)和濕氣蒸發(fā)等非反應(yīng)性氣孔)。氣孔不僅本身降低涂層性能,而且容易成為裂紋萌生和擴(kuò)展的聚集點(diǎn),故控制氣孔也是防止熔覆層裂紋萌生和擴(kuò)展的聚焦點(diǎn),也是防止熔覆層裂紋的重要措施之一。控制氣孔主要從兩方面考慮:一是采取防范措施限制氣體來(lái)源(如粉末在使用前烘干去濕、熔覆過(guò)程采用惰性氣體保護(hù)熔池等);二是調(diào)整工藝參數(shù),減緩熔池冷卻結(jié)晶速度以利于氣體逸出。
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