1.超高速熔覆與傳統(tǒng)熔覆工藝比較
激光直接沉積技術(shù)可以在零件表面直接沉積不同的材料并形成高強(qiáng)度的金屬結(jié)合，利用該技術(shù)進(jìn)行表面涂層處理厚度可以達(dá)到電鍍技術(shù)的10到500倍?；趥鹘y(tǒng)激光熔覆技術(shù)，輝銳集團(tuán)開發(fā)的超高速熔覆技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。
● 超高速熔覆技術(shù)采用比傳統(tǒng)激光熔覆技術(shù)快兩個(gè)數(shù)量級(jí)的熔覆速度（達(dá)幾米/秒），對(duì)基材表面進(jìn)行高效率涂層熔覆。超過1.5平方米/小時(shí)的高效率涂層可以使激光熔覆的成本降低到與鍍硬鉻成本相當(dāng)。
● 電鍍涂層屬于物理結(jié)合，涂層厚度較薄一般為20-60μm。而超高速熔覆涂層厚度最少達(dá)到120μm，最高可達(dá)到1000μm，激光涂層與基材的結(jié)合屬于冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度比電鍍涂層高幾倍，因此涂層壽命更長。
● 超高速熔覆比傳統(tǒng)熔覆工藝對(duì)基材造成的熱影響區(qū)和熱應(yīng)力都更小，不易造成變形和開裂。
超高速激光熔覆與傳統(tǒng)激光熔覆的區(qū)別如上圖所示。在傳統(tǒng)激光熔覆中，激光能量優(yōu)先被基板吸收，在基材表面生成穩(wěn)定熔池，熔覆粉末進(jìn)入熔池后被熔融，冷卻凝固后形成熔覆層，由于穩(wěn)定熔池是粉末熔融的前提條件，因此激光掃描速度一般低于30mm/s，熔覆效率低于0.1m2/h，熔覆層厚度一般在0.5-2mm范圍內(nèi)；同時(shí)基材熔深較深，稀釋率與熱影響區(qū)都較大，基材變形問題較嚴(yán)重。在超高速激光熔覆過程中，熔覆粉末優(yōu)先吸收激光能量，在抵達(dá)基板前已達(dá)到熔融狀態(tài)，而基材表面只形成極淺的熔池或不產(chǎn)生熔池，依靠熔融粉末的熱量傳遞與基材產(chǎn)生冶金結(jié)合。沒有了穩(wěn)定熔池這一限制，激光掃描速度目前可以達(dá)到3000mm/s，可實(shí)現(xiàn)的熔覆層厚度目前在0.05-1mm范圍內(nèi)，且對(duì)基材熱輸入極小，稀釋率低于1%，可應(yīng)用于薄壁空心管等對(duì)熱輸入敏感的產(chǎn)品上。針對(duì)煤機(jī)部件表面增強(qiáng)層取代電鍍硬鉻的方向，0.5mm厚度以下的熔覆層不管在性能還是成本方面都具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
超高速熔覆工藝的實(shí)現(xiàn)，大大依賴于對(duì)熔覆粉末束流與激光能量分配的精確控制，對(duì)設(shè)備要求很高。輝銳集團(tuán)通過自主研發(fā)，目前已實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵部件的自主設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，批量生產(chǎn)了煤機(jī)專用超高速熔覆成套設(shè)備，同時(shí)針對(duì)不同材料與具體零件，開展了大量工藝開發(fā)測(cè)試工作。以下舉例給出超高速熔覆層性能測(cè)試結(jié)果。
下圖為煤機(jī)液壓支架立柱樣管，材質(zhì)為27SiMn，熔覆層材料為馬氏體不銹鋼，具有良好的耐磨耐腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于煤機(jī)液壓支架立柱表面修復(fù)。對(duì)熔覆冷卻之后的樣管表面著色探傷，未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷的產(chǎn)生。
熔覆冷卻后著色探傷（右）
3.超高速熔覆涂層變形測(cè)定
圖3為熔覆變形測(cè)定位置示意圖，熔覆前將工件裝卡進(jìn)車床卡盤，通過百分表調(diào)整工件圓跳動(dòng)，將尾部頂針頂緊，分別在工件夾持端、中間部分及頂針端測(cè)量熔覆前圓跳動(dòng)，另外沿著工件母線方向在四個(gè)間隔90度位置分別測(cè)量熔覆前工件的直線度。熔覆完畢待工件冷卻后，分別測(cè)量圓跳動(dòng)及直線度，得到表2.2及表2.3中熔覆前后對(duì)比數(shù)據(jù)，可以看到工件熔覆前后圓跳動(dòng)最大0.2mm，直線度最大0.15mm。
圖3熔覆變形測(cè)定示意圖
圓跳動(dòng)測(cè)量結(jié)果
直線度測(cè)量結(jié)果
4.超高速熔覆涂層金相檢測(cè)
將熔覆層沿垂直于激光掃描方向切開，檢測(cè)熔覆層內(nèi)部成型質(zhì)量，下圖分別為金相顯微鏡在500倍及1000倍鏡頭下拍攝的金相照片，可以看到熔覆層與基材結(jié)合連續(xù)致密，未見氣孔、未熔、合缺陷，涂層組織為涂層的顯微組織為δ-Fe+馬氏體的混合組織。
5.超高速熔覆涂層硬度檢測(cè)
1）熔覆層硬度趨勢(shì)
采用維氏硬度計(jì)檢測(cè)熔覆層截面沿厚度方向顯微硬度分布趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)加載力為200gf，加載時(shí)間10s，測(cè)量點(diǎn)基準(zhǔn)位置為熔覆層與基材結(jié)合界面，分別向基材方向及熔覆層方向每隔100um距離測(cè)一個(gè)點(diǎn)硬度值，得到下表中顯微硬度值，圖5為硬度趨勢(shì)圖，可以看到，高速熔覆涂層大幅度提高了材料表面硬度，熱影響去硬度相應(yīng)提高。
圖5 硬度趨勢(shì)圖
6.超高速熔覆涂層結(jié)合強(qiáng)度
圖6為熔覆層與基材結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定方式示意，通過拉伸得到的平行于熔覆層與基材結(jié)合方向的剪切強(qiáng)度近似表征熔覆層與基材的結(jié)合強(qiáng)度。圖7所示抗拉強(qiáng)度曲線得到剪切強(qiáng)度約為基材抗拉強(qiáng)度的80%，按照國標(biāo)合金結(jié)構(gòu)鋼27SiMn機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)980MPa計(jì)算，涂層結(jié)合界面強(qiáng)度可達(dá)到780MPa抗拉強(qiáng)度，相比于電鍍涂層的結(jié)合強(qiáng)度要高出一個(gè)量級(jí)。
圖6 強(qiáng)度測(cè)定方式示意圖
圖7 抗拉強(qiáng)度曲線
7.超高速熔覆涂層鹽霧腐蝕
按照GB/T 10125-2012標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熔覆層進(jìn)行500h中性鹽霧腐蝕測(cè)試，熔覆層耐腐蝕性能評(píng)級(jí)達(dá)到9/B。熔覆樣品經(jīng)1000h鹽霧測(cè)試表面無明顯變化，無銹蝕點(diǎn)出現(xiàn)。
圖8 熔覆試樣經(jīng)1000h中性鹽霧檢測(cè)前后對(duì)比照片
