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激光重熔的问题


铝合金表面处理存在的主要问题及解决方法
虽然激光表面处理技术已获得了较为广泛的应用,但在工艺方面的一些问题仍 有待于解决。一是复合层易产生裂纹问题,二是复合层中形成气孔问题,三是铝合 金表面氧化膜的负作用, 四是加工能量密度叠加问题。 复合层中的裂纹现象,主要是在熔池凝固末期,已凝固合金化层金属塑性不足 并在残余拉应力作用下造成的低塑性脆化裂纹。铝的电负性较强,可与很多元素结 合形成金属间化合物, 不同的金属间化合物, 其塑韧性不同, 在界面处易形成裂纹。 熔覆层与基体界面交界处存在宏观裂纹, 在熔覆层顶层存在微观裂纹, 且界面处 和熔覆层顶部产生了最严重的应力集中。而熔覆陶瓷与金属基体热膨胀系数差别很 大而导致涂层与金属基体结合力弱, 致使涂层易开裂而脱落。保护气中的水分、合 金粉末中残留的水分、氧化膜 Al2O3 中吸附的水分、氧化物的结晶水和溶液中的碳 与氧反应或金属氧化物被碳还原所形成的反应气体是产生气孔的主要原因。 熔覆层厚度和扫描速度对气孔的形成影响最大,较小的预置熔覆层厚度和较高 的扫描速度, 能有效减少熔覆层中气孔的数量,获得较好质量的熔覆层组织。王福 德在研究中发现, 控制气体来源是最行之有效的减少气孔的措施。 采用不含水分的 粘结剂, 严格控制惰性保护气体流量和送气角度, 在合金化区熔池处形成良好的层 流保护而不是紊流保护至关重要。另外,选择合理的工艺规范, 减缓熔池冷却结晶 速度以利于气体逸出,也是减少气泡的重要措施。铝合金在空气中极易被氧化, 在 其表面生成一层致密的氧化膜 Al2O3,氧化膜的熔点高,在激光形成的熔池中很难 熔化,密度大,导热性差,而在激光形成的熔池中难以上浮, 而易在界面上形成夹 杂或者气孔, 影响激光熔覆层的质量, 并会导致裂纹产生。为了提高激光熔覆层 的质量, 就要尽量清除掉铝合金表面的氧化膜。 去除铝合金表面氧化膜的方法有机 械法、自造渣元素法、化学清除法及综合法。 铝合金传热太快,基体温度升高,导致铝合金试样在处理的开始阶段和最 后阶段所需的激光能量差别很大,本文作者实验发现,加工试样的涂层与基体的结 合面并不是成平稳的水平面, 而是越靠近后加工部分越下降。 这是加工中的多道扫 描产生能量密度叠加造成的,无论是搭接扫描还是对接扫描,后一道会比前一道熔

深加剧,塌陷加剧,而在加工过程中加大水冷力度,能有效缓解塌陷程度,因此作 为工艺措施, 必须采用有效的冷却措施把扫描的能量密度减小, 来调节其对试样的 影响。可见激光加工参数系统设计和材料体系设计是今后解决问题的关键。


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