[發明專利]一種控制激光熔覆涂層微觀組織及熱裂紋敏感性的方法

有效

• 申請號: 201510926327.6
• 申請日: 2015-12-11
• 公開（公告）號: CN105506615B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 陳源;李鑄國;姚成武
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種控制激光熔覆涂層微觀組織及熱裂紋敏感性的方法，包括在激光熔覆過程中改變激光的入射角度，從而改變熔覆涂層的微觀組織及生長取向，進而改變熔覆涂層的抗熱裂紋開裂的阻力，達到控制熔覆熱裂紋形成的目的。本發明的控制激光熔覆涂層微觀組織及熱裂紋敏感性的方法通過改變激光的入射角度有效地控制了熔覆涂層的微觀組織及熱裂紋敏感性，該方法操作簡單，可操作性強且效果好，適合于各類激光熔覆涂層的制備過程，尤其適用于鎳基高溫合金的激光熔覆。

技術領域

本發明涉及激光熔覆涂層領域，尤其涉及一種控制激光熔覆涂層微觀組織及熱裂紋敏感性的方法。

背景技術

激光熔覆是一種新型的增材技術，是利用一定功率密度的激光束作用于預先涂覆在金屬表面或同步送入的粉末材料上，使材料與金屬基材表面熔化，在隨后的冷卻過程中凝固，在金屬基材表面形成一層低稀釋率并具有良好冶金結合的熔覆層，達到材料表面修復或增材制造的目的。相比于傳統的表面修復技術，激光熔覆技術具有以下優點：

(1)基材的稀釋率低，一般在5％以下，熔覆層與基材形成良好的冶金結合，結合強度高；

(2)熱輸入量少，熱循環過程短暫，對基材的熱損害與熱畸變量小；

(3)加熱與冷卻速率極快(可達10⁶K/s)，涂層晶粒不易長大，可制備晶粒細小的合金涂層；

(4)材料的選擇柔性大，可根據實際需要選擇材料，實現工件表面耐磨、耐腐蝕、耐疲勞等強化目的；

(5)激光光斑小，通過機械手臂和計算機數控技術，實現復雜零部件受損部位的精確修復。

基于以上的優點，激光熔覆技術尤其適用于高附加值部件的再制造修復，如航空發動機中葉片、定子，軸，渦輪盤等部件。由于這類零部件的服役溫度高、受力大、工作環境惡劣、零部件設計制造精密、生產制難度大，加上原材料本身價格較高，使得這類受損的零部件的再制造附加值較高。

然而由于激光熔覆過程中極快的冷卻速率，導致其在凝固過程中產生極大的熱應力，容易誘發熱裂紋(主要是凝固裂紋和液化裂紋)的產生。特別是鎳基高溫合金，由于合金中加入了很多如Al、Ti、Nb、Mo等強化元素，容易在焊接過程中形成低熔點共晶物，如Inconel718合金中的Laves相。在多道搭接過程中，處于熱影響區內的這些低熔點共晶物容易會被重新熔化，形成液化膜。由于液化膜不能傳遞應力，因此凝固過程中的熱應力會大量會聚在這些液化膜處，形成應力集中，當應力達到材料極限時，液化膜將會拉開，形成裂紋——即液化裂紋。液化裂紋是限制鎳基高溫合金激光熔覆的主要缺陷之一，有必要對其進行控制。

而現有技術均沒有給出能夠很好地控制激光熔覆涂層裂紋的方法。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠有效控制激光熔覆涂層裂紋的方法。

為實現上述目的，本發明提供了一種控制激光熔覆涂層微觀組織及熱裂紋敏感性的方法，包括在激光熔覆過程中改變激光的入射角度，從而改變熔覆涂層的微觀組織及生長取向，進而改變熔覆涂層的抗熱裂紋開裂的阻力，達到控制熔覆熱裂紋形成的目的。

進一步地，激光的入射角度的改變通過熔覆過程中旋轉激光頭或引導光纖來實現。

具體地，本發明的一種控制激光熔覆涂層微觀組織及熱裂紋敏感性的方法包括以下步驟：

步驟一，提供激光頭或光纖；將用于熔覆的材料置于基材比如金屬的表面；

步驟二，使激光頭發射半導體激光或使光纖發射光纖激光，熔覆基材表面的用于熔覆的材料，形成熔池，熔池凝固形成熔覆涂層；其中，在熔覆過程中，旋轉激光頭或引導光纖，使激光的入射角度不與基材垂直，并改變激光的入射角度。