激光熔覆是一個復雜的物理、化學冶金過程,是一種對裂紋非常敏感的工藝,在考察熔覆材料、掃描速度、激光功率、離焦量和基材等因素對裂紋敏感性的影響時,熔覆材料的影響排在首位。
◇激光熔覆材料的基本要求
激光熔覆材料在激光的高溫作用下全部或部分熔化,形成激光熔池,凝固后即形成激光熔覆層。在此過程中,熔覆粉末不僅要滿足使用性能的要求,還應滿足激光熔覆工藝性能的要求,具體包括以下幾個方面。
?具有良好的使用性能。所選用的材料必須能滿足零部件表面工況要求,如具有耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化等使用性能。
?具有良好的化學穩定性和熱穩定性。材料在激光熔覆過程中承受高溫,應具有化學穩定性和熱穩定性,即在高溫下不揮發、不升華、不發生有害的化學反應和晶形轉變,以保持原材料的優良性能。
?熔覆材料和基體應有相近的熱膨脹系數。熔覆材料與基體的熱膨脹系數相差過大時,激光熔覆過程中的快速加熱和冷卻導致收縮不均勻,形成很大的熱應力,容易使涂層從基體上剝離或開裂。
?熔覆材料在熔融或半熔融狀態下應和基體有較好的潤濕性。以保證涂層與基體有良好的結合性能。
?涂層材料是粉末時,其形狀、粒度分布、表面狀態符合要求,且要有好的流動性,這樣才能獲得好的均勻涂層。

金屬粉末
◇激光熔覆材料的設計
不同的工件、不同的服役環境對沉積金屬材料的各項性能要求也不盡相同。雷石在大量的實踐中先后開發了近百種不同牌號的金屬粉末材料,如高溫合金類、不銹鋼類、鈷基合金類等。
不銹鋼材料中,奧氏體不銹鋼因其優良的耐腐蝕性能在醫療、食品等行業里有著廣泛的應用。馬氏體不銹鋼因具有一定的硬度及耐磨損性能,在工程機械領域應用也較為廣泛。其他如雙相不銹鋼在石油、化工行業有著一定的應用。
高溫合金如GH4169、GH3625等在高溫下仍有著不錯的力學性能,在航空航天工業領域應用較多。其他如哈氏合金、高鎳合金由于其良好的耐腐蝕性能在石油、化工、模具行業有著廣泛的應用。
鈷基合金主要表現為高溫下的性能突出,特別適合用來制造或修復高溫高壓服役環境下的閥座、氣門等。
在實際的生產加工過程中,我們可以參考下表,根據實際的工件性能指標要求選擇最優的合金材料進行激光增材制造。
表 激光增材制造中常見的合金體系及典型用途

為得到最優的組織與形變控制,除材料體系外,激光增材制造工藝同樣發揮著巨大的作用,山東雷石基于不同的合金體系開發了與之相匹配的工藝參數,通過匹配最優的光斑類型、掃描路徑、線速度、搭接率等工藝參數實現了組織結構的精準調控與形變控制。
雷石將成熟的技術和工業需求相結合,面向多領域制造企業,成功開發了適用于多個行業的工藝方案,研發了增減材一體化、超高速激光增材、機器人增材、保護氣氛增材等系列增材制造裝備,在金屬增材制造工業化應用方面處于國內領先地位。
公司致力于對激光高速熔覆及再制造技術的創新和研發,同時不斷完善工藝水平,提升其核心部件的功能性,如送粉噴嘴的耐用性、送粉精度、高送粉量、粉末利用率等,最大限度的發揮材料的潛力,不僅可以提高工件的使用性能、縮短產品的制造周期,還能獲得顯著的經濟效益。