钛合金表面激光熔覆材料体系与熔覆层质量的研究现状.pdf

学兔兔 钛合金表面激光熔覆材料体系 与熔覆层质量的研究现状 山东大学材料科学与工程学院 李嘉宁 陈传忠 摘 要：激光熔覆技术是代表表面工程发展方向和水平的表面改性新技术之一。钛合金具有诸多优良的性能，已在航 空、航天、海洋、石油化工及生物医学工程等领域中广泛用作各种关键结构零部件，且随着工业技术的不断进步，其 应用领域及应用量愈来愈广、适用条件变得愈来愈苛刻，对钛合金的性能要求也愈来愈高。在钛合金表面激光熔覆涂 层可显著改善其耐磨和抗高温氧化等性能，在工业上具有广阔的应用前景。钛合金表面激光熔覆材料的选择与熔覆层 质量的研究对于激光熔覆技术在钛合金表面的应用具有极为重要的意义。 关键词：激光熔覆：熔覆材料 工艺参数；熔覆层质量 引 言 合金基体结合起来，形成具有良好强 移动速度或者激光扫描速度V、激光扫 钛合金具有高比强，高比模量和 韧性的熔覆层。根据实际工况要求选 描多道搭接系数 ，以及不同填料方 优异耐蚀性等特点，已被广泛应用于 择合适的材料体系，采用激光熔覆技 式确定的涂层材料添加参量 (如预置 航空航天等领域。但钛合金的表面耐 术可达到最佳的工艺要求。激光熔覆 厚度d或送粉量g)等。因此为了使激 磨性差，限制了其潜能的发挥“ 。激光 技术可以修复各种失效的零件 (如航 光熔覆层的质量达到最好，必须要通 熔覆技术在工业应用中具有诸多优点， 空发动机叶片等) 。 过大量的实验，测出最佳的工艺参数。 如激光熔覆技术解决了传统焊接技术 最先采用的熔覆层材料是Ni基、 目前钛合金表面激光熔覆合金系 (如：电弧焊、氩弧焊、等离子弧焊 Co基、Fe基自熔合金，主要是为了提 主要包括镍基、钴基 等。钛合金表 等)无法解决的问题，如热变形、热 高钛合金表面的耐磨性、耐蚀性和耐 面激光熔覆材料选择与熔覆层缺陷研 疲劳以及组织粗大等问题；同时还解 热性能。这几种自熔合金与钛合金基 究，对于激光熔覆技术在钛合金表面 决了传统电镀、喷涂技术等无法解决 体都有良好的湿润性，易获得稀释率 改性中的应用具有十分重要的意义。 的如：镀层与基体结合强度差，在使 低且与钛合金基体冶金结合的致密熔 用过程中易产生剥离等问题，从而实 覆层。在上述自熔合金的基础上，根 1钛合金表面激光熔覆材料 现了工件的优质与快速修复。还使被 据服役条件和使用性能要求，在自熔 目前，钛合金表面激光熔覆所采 修复工件表面的理化性能得到了显著 合金中加入各种高熔点和高硬度的碳 用的熔覆材料主要包括自熔性合金材 提高，大大地提高了工件的使用寿命， 化物 (~HTiC、SiC、WC)，氮化物 料、复合材料和陶瓷材料等。这些材 降低了工件的使用成本，有着良好的 (TiN)、硼化物(B c)和氧化物陶 料具有优异的耐磨和耐蚀等性能，通 发展前景。采用激光技术熔覆陶瓷涂 瓷颗粒，形成了复合涂层，从而显著 常以粉末的形式将其用作激光熔覆材 层 或陶瓷颗粒增强的复合材料涂层 改善了钛合金表面性能。但在钛合金 料。陶瓷材料也是人们关注的焦点， 是提高钛合金表面耐磨和抗高温氧 激光熔覆过程中，影响激光熔覆层质 陶瓷涂层往往采用过渡涂层或梯度涂 化等性能有效途径，可使熔覆层与钛 量的T艺因素有很多，如激光功率P、 层的方法来实现。 光斑尺寸 (光束直径D或面积s)、光 1．1 自熔性合金粉末 作者简介：李嘉宁(1982一)，男，山东大学博士研究生 主要从事先进材料表面激光强化研究。 腔输出时光束构型和聚焦方式、工件 目前用于钛合金表面激光熔覆的 J一14 现代焊接 2011年第1期 总第97期 学兔兔