实验12-激光熔覆

实验目的

1、 熟悉激光熔覆的概念、特性和基本方法；

2、 了解激光熔覆所涉及的激光器、加工机床、送粉器和喷嘴； 3、 用侧向送粉法在45钢表面进行镍基合金的激光熔覆，优化工艺参数获得良好的熔覆层； 4、 测量熔覆曾的尺寸，观察显微组织。

实验内容

1. 采用侧向送粉法进行激光熔覆实验，基体材料为45钢，熔覆材料为NiCrSiB合金粉末； 2. 改变激光功率、光斑大小、扫描速度和送分量，得到不同尺寸的熔覆层，优化参数得到

外观饱满光洁的熔覆层；

3. 测试熔覆曾的外形尺寸，总结熔覆层外形与工艺参数的关系，观察熔覆层的显微组织。 4.

实验原理

激光熔覆是一种基于高能激光束的先进涂层制备技术。用高能激光束局部融化材料的表面薄层形成熔池、同时向熔池中添加一种或几种合金混合粉末，形成与基体牢固冶金结合的高性能涂层，涂层材料自成冶金体系，基体对涂层的稀释率很低，能够在保持基体材料韧性的同时有目的的实现局部表面的高耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化等多种性能，最大限度的实现材料表面与整体、强度与柔韧的良好有机结合，是近些年来材料和激光加工领域的研究前沿。

激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。

预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。

同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。 按工艺流程，与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。

实验设备和材料

YLS-2000（IPG）光纤激光器、45钢板材（40╳60╳15），Ni基合金粉末。

实验步骤

1. 将预先准备好的45钢试样表面用酒精和丙酮清洗干净，用电吹风机吹干备用；

2. 在激光加工工作头上安装反射聚焦工作头，接通电源，调节送粉嘴的位置；在送粉器中

加入适量的NiCrSiB合金粉末； 3. 将试样平放在工作太平面上；

4. 启动数控机床，移动激光工作头至试样上面，调节Z轴高度使喷嘴离试样距离约为

1.5mm；

5. 启动激光器；

6. 改变激光功率1000-2000W，改变扫描速度2-7mm/s，改变送粉速度6-13g/s，进行送粉

激光熔覆实验，得到不同结果的激光熔覆层；观察实验过程中的实验现象；

7. 关闭激光器，关闭水冷机组，关闭数控机床；清理送粉器中的残留粉末；关闭送粉器电

源；

8. 待试样冷却后用游标卡尺测量各种熔覆层的高度和宽度，观察记录熔覆层的外观形貌； 9. 观察描画相近工艺参数处理的试样快熔覆层的显微组织。

实验结果及分析

1. 激光功率对熔覆层外貌的影响

确定送粉速率为10g/s，扫描速率为5mm/s，激光功率在1000W-2000W之间变化，测量熔覆层的宽度和高度，实验结果见表1。

表1 激光功率对熔覆层外貌的影响

编号 激光功率/W 宽度/mm 1 1000 2.74 2 1200 3.06 3 1400 2.69 4 1500 2.86 5 1600 3.06 6 1800 3.17 7 2000 3.35

激光功率与熔覆层高度的关系如图1.1，

高度/mm 1.30 1.25 1.12 1.35 1.58 1.69 1.56

2 / 7

1.81.6高度/mm1.41.211000120014001600激光功率/W18002000 图1.1 激光功率与荣福成高度的关系

激光功率与熔覆层宽度的关系如图1.2，

3.5宽度/mm32.51000120014001600激光功率/W18002000 图1.2 激光功率与熔覆层宽度的关系

分析上图的变化规律可以发现，在送粉速率为10g/s、扫描速率为5mm/s时，熔覆层的高度和宽度基本随激光功率的增大先减小后增大，在激光功率为1400W时，熔覆层的高度与宽度均达到最小值，说明在激光功率为1400W时熔覆效果最差。激光功率为1800W-2000W时，熔覆层的高度和宽度都较大，说明熔覆层比较饱满。若激光器功率继续增大，则会融化更多的基体材料，使得粉末材料与基体材料混合更多，熔覆层高度变小，宽度变大。

2. 送粉速率对熔覆层外貌的影响

确定激光功率为1500W，扫描速率为5mm/s，送粉速率在6-13g/s之间变化，测量熔覆层的宽度和高度，实验结果见表2。

表2 送分速率对熔覆层外貌的影响

编号 1 2 3 4 5 6 7 8

送粉速率/g/s

6 7 8 9 10 11 12 13 宽度/mm 2.73 2.81 2.69 2.91 2.86 3.08 2.77 3.21

3 / 7

高度/mm 0.79 1.31 1.40 1.33 1.35 2.07 1.73 1.58