激光熔覆技術(shù)在模具表面處理中的應(yīng)用

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1、激光熔覆技術(shù)在模具表面處理中的應(yīng)用　　引言　　在現(xiàn)代生產(chǎn)中，模具已成為大批量生產(chǎn)各種工業(yè)品和日用生活品的重要工藝裝備之一。隨著模具工業(yè)的迅速發(fā)展，采用模具成型的制品的比例在不斷增加，對(duì)于模具的品種和數(shù)量的需求也在不斷增加。為了減少大量制造模具帶來(lái)的人力、物力、資源等方面的壓力，采用先進(jìn)的技術(shù)提高模具表面處理質(zhì)量，從而在最經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)模具的使用壽命，不僅能夠降低制品的成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也減少了對(duì)于地球有限材料資源的消耗，顯示出重要的社會(huì)效益。　　隨著表面工程技術(shù)的飛速發(fā)展，表面處理的技術(shù)、方法、工藝也在不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，

2、傳統(tǒng)的模具表面處理技術(shù)如堆焊、電刷鍍、熱噴涂等，由于它們所產(chǎn)生的處理層與金屬基體大多為機(jī)械結(jié)合，結(jié)合力較差，而且對(duì)工件的抗疲勞強(qiáng)度有一定的影響，在應(yīng)用上受到一定的限制。激光熔覆技術(shù)是一種高新的表面處理技術(shù)，它利用激光束能量，使涂覆材料熔覆于工件表面而形成抗磨蝕層或抗磨層等預(yù)定的性能，提高工件的使用壽命。與傳統(tǒng)的方法相比，該技術(shù)具有工件變形小，加工效率高、表層質(zhì)量穩(wěn)定，表面硬度、耐磨性、耐腐蝕性顯著提高等優(yōu)點(diǎn)?！　?激光熔覆技術(shù)　　激光熔覆的試驗(yàn)研究始于20世紀(jì)70年代，1981年成功地在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪片上用激光涂覆鈷基合金面并

3、顯著提高了其耐磨性。激光熔覆是材料表面改性技術(shù)的一種重要方法，它是利用高能的激光束（104-106W/cm2）在金屬表面輻照，通過(guò)涂覆材料的迅速熔化、擴(kuò)展和迅速凝固，冷卻速度達(dá)到102-106℃/s，在基材表面熔覆一層具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的材料，從而構(gòu)成一種新的復(fù)合材料，以彌補(bǔ)基體所缺少的高性能?！　〖す馊鄹部梢愿鶕?jù)工件的工況要求，設(shè)計(jì)各種熔覆成分的金屬或非金屬，制備耐熱、耐蝕、耐磨、抗氧化、抗疲勞或具有光、電、磁特性的表面覆層。　　在激光熔覆技術(shù)中，影響涂覆層質(zhì)量的因素除涂覆材料與基體材料外，工藝參數(shù)如保護(hù)氣體的種類(lèi)

4、和流量、粉末的流量及送粉位置、激光器的功率、粉末噴嘴直徑大小、掃描速度以及離焦量、預(yù)熱溫度等也對(duì)質(zhì)量有顯著影響?！　?應(yīng)用舉例　　應(yīng)用激光熔覆技術(shù)處理模具表面，既可以是對(duì)已加工成坯的制造模具的表面改性，也可以是對(duì)經(jīng)歷了一定數(shù)量的成形后正常失效的模具的表面修復(fù)，事實(shí)證明，只要正確掌握模具磨損的規(guī)律，在模具使用壽命周期內(nèi)，及時(shí)進(jìn)行表面保護(hù)性處理，就能夠最大限度的延長(zhǎng)模具的使用壽命?！　?yīng)用激光熔覆技術(shù)關(guān)鍵在于涂覆材料的選擇、工藝方法的確定、工藝參數(shù)的選擇。熔覆材料包括自熔性合金材料、復(fù)合材料、陶瓷材料等，這些材料具有優(yōu)異的耐磨、耐

5、腐蝕性能，并通常以粉末的形式使用。各類(lèi)熔覆材料的性能特點(diǎn)見(jiàn)下表?！　〖す馊鄹补に嚪椒ê凸に嚵鞒蹋骸　?．合金同步法，是指采用專(zhuān)門(mén)的送料系統(tǒng)在激光熔覆的過(guò)程中將合金材料直接送進(jìn)激光作用區(qū)，在激光的作用下基材和合金同時(shí)熔化，然后冷卻結(jié)晶形成合金熔覆層。該方法工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，合金材料利用率高，可控性好，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，實(shí)際生產(chǎn)中較多采用。其工藝流程為：基材表面預(yù)處理→預(yù)熱→送料激光熔化→后熱處理?！　?．合金前置法，是指將待熔覆的合金材料以一定方法預(yù)先覆蓋在材料表面，然后采用激光束在合金覆蓋層表面掃描，使整個(gè)合金覆蓋層及一部分基材熔化

6、，激光束離開(kāi)后熔化的金屬快速凝固而在基材表面形成冶金結(jié)合的合金熔覆層。其工藝流程為：基材表面預(yù)處理→預(yù)置熔覆材料→預(yù)熱→激光熔化→后熱處理。　　激光熔覆的工藝參數(shù)主要有：激光功率、掃描速度、光斑面積、送粉量等。　　多數(shù)模具是在條件較為惡劣的工況條件下工作，模具表面的保護(hù)處理顯得十分重要。以鍛模為例，熱鍛模一般采用5CrNiMo或5CrMnMo合金工具鋼制造，鍛模在高溫和一定載荷條件下工作，工況條件惡劣，要求模具表面需具有良好的高溫強(qiáng)度、耐熱疲勞性能及耐磨性能，采用激光熔覆表面處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)要求。根據(jù)熱鍛模的實(shí)際工作情況，確定

7、熱鍛模的表面涂覆材料為碳化物復(fù)合粉末NiCrAl/Cr3C2，工藝方法為合金同步法。具體工藝操作過(guò)程如下：　?、倩娜鄹脖砻骖A(yù)處理將基材表面加熱到300-450℃左右去油或用有機(jī)清洗劑去油。用噴砂處理去除基材表面的銹蝕，并使其粗毛化，利于粉末的附著?！　、陬A(yù)熱在火爐內(nèi)加熱，使基材表面加熱到一定的溫度，適當(dāng)減少基材與熔覆層之間的溫差以減低熔覆層冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力?！　、弁剿头奂す馊刍癁楸ＷC熔覆質(zhì)量，正確選擇激光功率、掃描速度、光斑直徑和送粉量，以保證激光光斑內(nèi)的光功率密度分布均勻，使粉末流的形狀和光斑的形狀和尺寸相匹配，嚴(yán)格控制粉

8、末流與基材、激光束三者間的相對(duì)位置。一般功率密度為103-108W/cm2時(shí)，熔覆過(guò)程在0.1-1s內(nèi)完成?！　、芎鬅崽幚聿捎脿t內(nèi)加熱保溫，充分后隨爐冷卻，以消除熔覆層的殘余應(yīng)力?！　、輽C(jī)械加工進(jìn)行機(jī)械加工并檢查表面處理質(zhì)量。　　3結(jié)論　　激光熔覆處理是一種快速凝固技術(shù)，可以