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激光表面改性技术应用分析

2013-12-24 14:26
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  在带钢生产时,部件必须在恶劣的环境中运行,忍受高温以及腐蚀性的大气环境,并承受机械磨损和频繁的重型冲击。传统上,要承受高磨损或腐蚀的组件的原材料通常来自于使用了埋弧熔覆马氏体不锈钢(MSSs)的堆焊材料,以增加其使用寿命,这样可以在不影响产品质量的前提下来尽量延长维护的间隔时间,从而最大化量产。

  MSS焊接合金通常有着良好的耐磨损和耐腐蚀的特点,然而,它们并不适合于强度大的金属与金属间的磨损,而且在高温环境中会失去其耐磨损和耐腐蚀的特性。弧焊MSS合金也会在热影响区(HAZs)的晶界受到焊接增感作用影响,这是因为热影响区的碳化铬沉淀下来,耗尽了周边区域的铬,这些局部区域因而变得易受腐蚀。

  热喷涂涂层在整个钢铁行业有着广泛的应用,这是因为它们可以非常灵活地使用范围广泛的合金以及金属基复合材料(MMCs)。然而,它们的机械连结面相对强度较低(除非使用了喷熔法),这限制了其在重型冲击环境下的使用。

  2009年,在英国南威尔士的Port Talbot,TataSteel Strip Products英国公司尝试开发激光熔覆涂层的关键工作组件,来增加其使用寿命(图1)。在钢铁行业的轧钢机中需要不同长度的辊子,范围包括从0.3至 3.5米。激光熔覆涂层已被证明可以延长组件的使用寿命最高达6倍。

  自从在Port Talbot安装了激光熔覆系统后,这一工艺开始发展起来,许多钴镍和铁基合金在微观结构、力学性能、耐磨、耐腐蚀性等方面进行了评估。需要针对不同的应用所需要的涂层特性来进行相应的工艺开发。

  生产线试验的初步结果非常鼓舞人心:经过激光熔覆处理的组件获得了前所未有的耐磨损和耐腐蚀的性能。为此,该公司决定建立生产设备,以应付预期的需求。

  激光熔覆的好处

  激光熔覆是一种可以用来增加金属组件的耐磨损、耐腐蚀、抗冲击性能的堆焊方法。这一方法利用精确聚焦大功率的激光束来形成焊接熔池并将金属粉末加入到其中。粉末经过一连串的惰性保护气体通过激光束同轴送入。激光束的准确性使得可以得到稀释度极低的致密熔覆层(<5%),同时熔覆层与基体之间具有完美的冶金结合。涂层可以应用于许多地方,并可以根据不同情况来设计其组成以克服每个组件相应的失效机制。图2展示了激光熔覆头。与激光熔覆相关的主要好处之一就是能够很好地控制热量输入,从而实现两相沉积的金属基复合(MMC)结构:

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