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激光快速熔覆技术广泛应用于钢铁行业

2013-11-07 09:07
路过的码农
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  激光熔覆技术在最近两年内应用范围越来越广泛。我国有数万亿元的装备在服役之中,每年因其关键零部件的腐蚀、磨损,使设备停产、报废造成的损失占国民经济总产值的3%~5%。激光表面改性技术在工业生产中易损易耗零部件的表面强化与制造方面发挥了重要作用。我国经过几个五年国家科技攻关计划,使该技术已在多个领域得到了应用,尤其是在钢铁行业中。

  目前因大多数钢铁企业在加工生产过程中会产生大量的高载荷、低转速及高精度、高合金的承载设备,且部分零部件极易产生腐蚀、磨损和失效报废等现象,但自从激光熔覆技术的投入使用,很好的解决了这些问题,不仅可对零部件进行改善和修复,且还大大节省了钢铁企业的成本。

  据相关数据显示,目前全国钢铁行业每年只是各种轧钢生产线上的重要零部件所消耗的费用就达80亿元。传统方法主要是更换这些设备零部件,甚至因部分零部件的损坏而无法报废需要更换整机,为了确保生产效率,则需要更换大量的备件,总得计算下来会占用巨额的资金和资源。

  所以,为了改善此现状,国内研发出了一系列高新技术,比如激光快速熔覆技术、激光快速成形制造技术、激光纳米合金化和表面强化技术等高新技术的应用,为这类设备和零部件的修复开辟一条崭新的道路。

  激光快速熔覆技术的广泛应用,可有效解决失效、报废设备及零部件现象,也可延长一些新产品的使用寿命,甚至可达到多寿命周期的效果。比如中间轴、传动齿轮齿轮轴和壳体等经过激光仿形熔覆技术和快速成形技术修复后,就可恢复到原有新件的技术指标。

  激光熔覆工艺发展现状及前景分析

  激光熔覆( 亦称激光堆焊) 是指以不同的添加方法在被熔覆的基体上放置选择的涂层材料,经高能密度激光束辐照加热,使之和基体表面熔化,并快速凝固,从而在基材表面形成与其为冶金结合的表面涂层的工艺过程。激光熔覆具有如下优点:

  1) 激光束的能量密度高, 加热速度快,对基材的热影响较小,引起工件的变形小;

  2) 控制激光的输入能量,可将基材的稀释作用限制在极低的程度(一般为2%-8%),从而保持了原熔覆材料的优异性能;

  3) 激光熔覆涂层与基材之间结合牢固(冶金结合),且熔覆涂层组织细小。这些特点使得激光熔覆技术近十年来在材料表面改性方面受到高度的重视。

  大面积激光熔覆工艺方法主要有两种:多道搭接和多层叠加,即从横向和纵向两个方向进行的加工处理。多层叠即先在基体上进行第一次熔覆,然后在熔覆后的涂层上进行二次粉末预置,待粉末干燥后进行第二次熔覆,按此方式继而完成多层熔覆,不同层可以预置不同的粉末,从而达到不同的预期效果。

  1.1 激光熔覆材料体系

  (1) 自熔性合金粉末:可分为镍基自熔合金、钴基自熔合金和铁基自熔合金,其主要特点是含有硼和硅,具有自脱氧和造渣能力, 即自熔性。自熔合金的硬度与合金含硼量和含碳量有关,随硼、碳含量的增加而提高,这是由于硼和碳与合金中的镍、铬等元素形成硬度极高的硼化物和碳化物的数量增加所致。

  (2) 碳化物复合粉末体系:由碳化物硬质相与金属或合金粘结相组成,主要有(Co、Ni)/WC和(NiCr、NiCrAl) Cr3C2等系列。这类粉末中的粘结相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解。碳化物复合粉末作为硬质耐磨材料,具有很高的硬度和良好的耐磨性, 其中(Co、Ni)/WC 系适应于低温(<560℃)的工作条件,而(NiCr,NiCrAl)/Cr3C2系适用于高温工作环境。此外,(Co、Ni)/WC复合粉还可与自熔性合金粉末一起使用。

  (3) 氧化物陶瓷粉末:具有优良的抗高温隔热、耐磨、耐蚀等性能,主要分为氧化铝和氧化锆两个系列, 而后者比前者具有更低的热导率和更好的抗热震性能,因而广泛用作热障涂层材料。

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