中科中美3-5mm萬(wàn)瓦級(jí)激光用于碳化鎢耐磨涂層的制備

       激光熔覆技術(shù)是一種綠色金屬表面處理技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)自1974年由美國(guó)的科學(xué)家D. S. Gnanamuth提出以來(lái)，已在多個(gè)行業(yè)進(jìn)行廣泛推廣應(yīng)用。激光熔覆技術(shù)原理是將高功率密度激光束輻照到基材表面，使基材與熔覆層材料迅速熔化凝固，獲得與基材冶金結(jié)合的涂層。新獲得的激光熔覆涂層一般要求具有耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等優(yōu)異性能。

   硬質(zhì)相耐磨材料由粘接相與硬質(zhì)相組成，分別起粘結(jié)作用和強(qiáng)化作用。粘接相與金屬基材冶金結(jié)合，硬質(zhì)相以固體顆粒形式分布在熔覆層內(nèi)部，以提高耐磨性。常見(jiàn)的硬質(zhì)相耐磨材料碳化鎢具有高硬度、高熔點(diǎn)等特性，被廣泛作為硬質(zhì)相用于激光熔覆。WC為六方晶格結(jié)構(gòu)，理論密度為15.77 g/cm³，熔點(diǎn)2 600～2 870 ℃，硬度可達(dá)2 000 HV以上，WC可與Co形成固溶體，與Co有好的濕潤(rùn)性。WC材料激光熔覆層具有較高硬度和耐磨性，但是在激光熔覆過(guò)程中，激光與熔覆層材料相互作用熱歷程會(huì)影響微觀組織演化與熱應(yīng)力;熔池流動(dòng)為WC顆粒在熔覆層中的分布提供驅(qū)動(dòng)力;WC顆粒分解，使C和W元素隨熔池流動(dòng)與熔覆層中的其他元素發(fā)生相互作用，形成復(fù)雜化合物，尤其是C元素與空氣中的O發(fā)生反應(yīng)，會(huì)引發(fā)熔覆層氣孔，作為裂紋源頭，造成涂層開(kāi)裂、腐蝕等失效問(wèn)題。

   國(guó)內(nèi)外多家高?？蒲性核鶉@WC熔覆圖層性能進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)控制改變工藝中的多項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)涂層性能的提升和優(yōu)化。常見(jiàn)解決WC熔覆圖層的常見(jiàn)辦法包括：

   1 控制激光掃描速度提高耐磨性。隨著掃描速度的增大，底部柱狀晶外延生長(zhǎng)層寬度減小，組織晶粒細(xì)化，顯微硬度增大，耐磨性提高。

   2 改變激光能量密度。WC顆粒溶解過(guò)程是漸變的，對(duì)于一個(gè)WC顆粒，部分WC溶解進(jìn)入熔池，殘余WC仍以顆粒形式存在，部分溶解可認(rèn)為是一種熱損傷過(guò)程。增加單位長(zhǎng)度激光能量和降低掃描速度都會(huì)增大WC顆粒的溶解。

   3 電磁攪拌技術(shù)。電磁攪拌加速了熔池的傳熱、傳質(zhì)和對(duì)流過(guò)程，大大增加了熔池的過(guò)冷度并提高了形核率，使熔覆層組織細(xì)化和均勻化。

   4 預(yù)熱工藝。預(yù)熱是獲得無(wú)缺陷涂層的必要前提。采用預(yù)熱和制備緩沖涂層的方法，可實(shí)現(xiàn)了無(wú)缺陷NiCr/WC復(fù)合涂層。

   以上方法雖然對(duì)于WC激光熔覆涂層的氣孔與裂紋問(wèn)題能夠起到一定的緩解作用，實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中WC材料大面積高效高質(zhì)量激光熔覆加工仍然面臨較大的技術(shù)挑戰(zhàn)，除了具體的熔覆工藝之外，選擇合適的熔覆系統(tǒng)至關(guān)重要。中科中美的3-5mm光斑10000瓦級(jí)高速熔覆設(shè)備，由于具體較高的能量密度，可實(shí)現(xiàn)較快的掃描速度，是實(shí)現(xiàn)組織晶粒細(xì)化，提供顯微硬度，提高耐磨性的理想工具。