真空 ›› 2022, Vol. 59 ›› Issue (6): 78-86.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.06.14
翟艳坤, 白雪卫, 张凤宇, 徐铭泽, 苑仁月, 陈俊寅, 黄海波
ZHAI Yan-kun, BAI Xue-wei, ZHANG Feng-yu, XU Ming-ze, YUAN Ren-yue, CHEN Jun-yin, HUANG Hai-bo
摘要: 高能束熔覆涂层在制备时易出现裂纹、气孔等质量缺陷,严重阻碍了高能束熔覆技术的工业化应用。本文分析了高能束熔覆涂层裂纹缺陷的形成原因,从制备功能梯度涂层、采用辅助熔覆技术和预处理措施三个方面,总结了目前主流的熔池温度梯度和应力控制方法以及研究进展。提出了当前高能束熔覆涂层质量控制面临的主要问题,并对高能束熔覆涂层质量控制的发展前景进行了分析。
中图分类号:
[1] 崔佳鹏. 激光熔覆技术研究现状与发展趋势[J]. 农机使用与维修, 2019(12): 25. [2] 李响, 来佑彬, 于锦, 等. 高能束熔覆制备耐磨涂层技术研究现状与展望[J]. 表面技术, 2021, 50(2): 134-147, 159. [3] 朱乐乐, 张兵, 张仁杰, 等. 熔覆法制备复合材料的研究现状及进展[J]. 热加工工艺, 2015, 44(14): 16-20. [4] 叶志鹏, 李骞, 雷柏茂, 等. 增材制造过程监控技术现状综述[J]. 电子产品可靠性与环境试验, 2018, 36(5): 77-82. [5] 张津超, 石世宏, 龚燕琪, 等. 激光熔覆技术研究进展[J]. 表面技术, 2020, 49(10): 1-11. [6] 张群莉, 王梁, 梅雪松, 等. 激光表面改性技术发展研究[J]. 中国工程科学, 2020, 22(3): 71-77. [7] 李广琪, 王丽芳, 赵亮, 等. 激光熔覆层裂纹问题的研究进展[J]. 热加工工艺, 2021, 50(16): 13-17. [8] 王伟, 孙文磊, 于江通, 等. 激光熔覆工艺涂层裂纹控制的研究现状[J]. 热加工工艺, 2020, 49(20): 1-5. [9] 李振纲, 彭波. 激光熔覆层裂纹的形成机理及控制措施[J]. 材料保护, 2016, 49(11): 61-66. [10] 焦雄, 吴钢. 激光熔覆层裂纹问题的研究[J]. 科技信息, 2013(1): 223-224. [11] 王凯, 石永军, 周小雨, 等. 熔覆技术的发展与展望[J]. 材料科学与工艺, 2021, 29(1): 81-90. [12] 张坚, 吴文妮, 赵龙志. 激光熔覆研究现状及发展趋势[J]. 热加工工艺, 2013, 42(6): 131-134, 139. [13] 时运, 杜晓东, 庄鹏程, 等. 等离子熔覆技术的研究现状及展望[J]. 表面技术, 2019, 48(12): 23-33. [14] ZHANG J J, LIU J C, LIAO H M, et al.A review on relationship between morphology of boride of Fe-B alloys and the wear/corrosion resistantproperties and mechanisms[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2019, 8: 6308-6320. [15] 严大考, 张洁溪, 唐明奇, 等. 等离子熔覆技术的研究进展[J]. 热加工工艺, 2015, 44(4): 20-24. [16] RIQUELME A, ESCALERA-RODRÍGUEZ M D, RODRIGO P, et al. Effect of alloy elements added on microstructure and hardening of Al/SiC laser clad coatings[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2017, 727: 671-682. [17] ZHAO Y, YU T B, SUN J Y, et al.Microstructure and properties of laser cladded B4C/TiC/Ni-based composite coating[J]. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2020, 86: 105112. [18] TORABINEJAD V, ALIOFKHAZRAEI M, ASSAREH S, et al.Electrodeposition of Ni-Fe alloys, composites, and nano coatings-A review[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2017, 691: 841-859. [19] DAVIS T A, SHIN Y C.Vision-based clad height measurement[J]. Machine Vision & Applications, 2011, 22(1): 129-136. [20] FATHI A, KHAJEPOUR A, DURALI M, et al.Geometry control of the deposited layer in a nonplanar laser cladding process using a variable structure controller[J]. Journal of Manufacturing Science & Engineering, 2008, 130(3): 876-877. [21] 韩晨阳, 孙耀宁, 徐一飞, 等. 激光熔覆镍基合金磨损及电化学腐蚀性能研究[J]. 表面技术, 2021, 50(11): 103-110. [22] 龚美美, 谢林圯, 吴腾, 等. TC4表面激光熔覆Fe60-TiO2涂层性能研究[J]. 激光技术,2022, 46(4): 551-555. [23] SALEHI D, BRANDT M.Melt pool temperature control using LabVIEW in Nd: YAG laser blown powder cladding process[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2006, 29(3/4): 273-278. [24] 李响. 深松铲等离子熔覆铁基合金涂层制备及耐磨性能研究[D]. 沈阳: 沈阳农业大学,2020. [25] LIU J L, YU H J, CHEN C Z, et al.Research and development status of laser cladding on magnesium alloys: a review[J]. Optics and Lasers in Engineering, 2017, 93: 195-210. [26] 王飞, 张超, 周隐玉, 等. 表面涂层技术的研究现状[J]. 热加工工艺, 2017, 46(10): 21-24. [27] 张鬲君. 等离子熔覆技术应用分析[J]. 中原工学院学报, 2008(2): 41-43. [28] 李敏, 李惠东, 李惠琪, 等. 等离子体表面改性技术的发展[J]. 金属热处理, 2004, 29(7): 5-9. [29] 丁莹, 周泽华, 王泽华, 等. 等离子熔覆技术的研究现状及展望[J]. 陶瓷学报, 2012, 32(3): 405-410. [30] YUAN R Y, BAI X W, LI H Z, et al.Effect of WC content on microstructure,hardness,and wear properties of plasma cladded Fe-Cr-C-WC coating[J]. Materials Research Express, 2021, 8(6): 066302. [31] 杨波, 来佑彬, 王冬阳, 等. 高铬铁基合金等离子熔覆层表面硬度工艺研究[J]. 真空, 2020, 57(1): 88-93. [32] 王波, 刘海浪, 祁正伟, 等. 电子束熔覆表面改性技术的研究进展[J]. 热加工工艺, 2018, 47(14): 19-22. [33] 卢儒学, 刘海浪, 王小宇, 等. 电子束熔覆技术的研究现状与发展[J]. 热加工工艺, 2022, 51(8): 15-19. [34] 徐珖韬, 刘海浪, 王小宇, 等. 基于电子束熔覆层质量的影响因素研究进展[J]. 热加工工艺, 2022, 51(6): 21-25. [35] 张国培, 刘海浪, 黄以平, 等. 基于电子束的材料表面熔覆技术研究进展[J]. 热加工工艺, 2017, 46(2): 27-30. [36] 宋强, 仇性启. 高能束技术在镁合金表面改性中的应用[J]. 材料导报, 2012, 26(5): 109-112. [37] 王杨霄, 孙文磊, 刘金朵, 等. 增材再制造关键技术[J]. 新疆大学学报(自然科学版)(中英文), 2021, 38(2): 251-256. [38] 刘海浪, 卢儒学, 陈健, 等. 镍基合金电子束熔覆表面改性及高温耐磨性研究[J]. 金属热处理, 2021, 46(4): 161-166. [39] 陆斌锋, 唐普洪, 芦凤桂, 等. 激光与电子束熔覆(Cr, Fe)7C3复合层组织及耐磨性对比[J]. 中国表面工程, 2014, 27(4): 76-81. [40] 王耀伟. TIG电弧熔覆碳化钨颗粒增强耐磨涂层工艺组织性能研究[D]. 天津: 天津大学, 2019. [41] 郭煜. 电弧熔覆轻质多元合金熔覆层组织与性能研究[D]. 合肥: 安徽理工大学, 2020. [42] 薛冰, 雷卫宁, 刘骁, 等. 低碳钢电弧熔覆增材层摩擦磨损及抗腐蚀性能[J]. 表面技术, 2020, 49(9): 225-232. [43] 禹东, 刘奋成, 高健, 等. Q235钢表面CMT电弧熔覆镍基合金复合板的组织与性能研究[J]. 南昌航空大学学报(自然科学版), 2021, 35(3): 59-64. [44] LIU J B, WANG L M, HUANG B X.Crack behavior of Fe-based coating by plasma cladding[J]. Applied Mechanics & Materials, 2012, 109: 145-149. [45] 张传伟, 周楷文, 高中堂, 等. 激光熔覆滑靴材料基体熔覆层裂纹的产生机理[J]. 热加工工艺, 2019, 48(10): 148-151, 156. [46] 侯锁霞, 任呈祥, 吴超, 等. 激光熔覆层裂纹的产生和抑制方法[J]. 材料导报, 2021, 35(增刊1): 352-356. [47] 张杰, 李大胜, 魏天路, 等. 激光熔覆层裂纹问题研究进展[J]. 中原工学院学报, 2021, 32(1): 35-40. [48] 吕晓仁, 马孝威, 董丽虹, 等. 激光熔覆层中孔隙、裂纹缺陷的形成机制及抑制方法研究进展[J]. 功能材料, 2020, 51(6): 6034-6043. [49] 徐家乐, 李忠国, 郭华锋, 等. 激光熔覆层裂纹缺陷的研究进展[J]. 热加工工艺, 2013, 42(8): 6-9. [50] FU F, CHANG G, ZHAO X, et al.Influence of laser spot diameter on cladding layer cracking[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2015, 52(3): 031401. [51] 徐家乐. 电磁超声复合能场辅助激光熔覆钴基合金涂层组织及性能研究[D]. 镇江: 江苏大学, 2019. [52] 刘鹏良. 激光熔覆裂纹产生影响因素与控制方法应用研究[D]. 乌鲁木齐: 新疆大学, 2019. [53] 高晓菊, 王伯芊, 贾平斌, 等. 功能梯度材料的制备技术及其研发现状[J]. 材料导报, 2014, 28(1): 31-36. [54] 张坚, 张官兵, 赵龙志, 等. 梯度功能材料制备技术的现状与展望[J]. 热加工工艺, 2013, 42(4): 7-10, 17. [55] LEE Y D, ERDOGAN F.Interface cracking of FGM coatings under steady-state heat flow[J]. Engineering Fracture Mechanics, 1998, 59(3): 361-380. [56] 李信, 刘海昌, 滕元成, 等. 功能梯度材料的研究现状及展望[J]. 材料导报, 2012, 26(增刊1): 370-373. [57] 崔雪, 张松, 张春华, 等. 高性能梯度功能材料激光增材制造研究现状及展望[J]. 材料工程, 2020, 48(9): 13-23. [58] 曹蕾蕾, 裴建中, 陈疆, 等. 功能梯度材料热应力研究进展[J]. 材料导报, 2014, 28(23): 46-50, 54. [59] 杨英春. 大气等离子喷涂Al2O3-MgAl2O4多层型涂层及其介电性能[D]. 秦皇岛: 燕山大学, 2013. [60] 牛犇. 激光快速成形法制备Ni/TiC功能梯度材料的结构设计及优化[D]. 北京: 北京理工大学, 2015. [61] 沈大臣. Cr12MoV钢表面激光熔覆Ni/Ni-WC梯度涂层组织及性能研究[D]. 重庆: 重庆理工大学, 2020. [62] 范鹏飞, 孙文磊, 张冠, 等. 激光熔覆铁基合金梯度涂层的组织性能及应用[J]. 材料导报, 2019, 33(22): 3806-3810. [63] 陈滋鑫, 周后明, 徐采星. 激光熔覆裂纹研究现状[J]. 激光与光电子学进展, 2021, 58(7): 83-99. [64] 蔡川雄, 刘洪喜, 蒋业华, 等. 交变磁场对激光熔覆Fe基复合涂层组织结构及其耐磨性的影响[J]. 摩擦学学报, 2013, 33(3): 229-235. [65] 叶国威. 机械振动辅助激光增材制造In625合金的微观组织及力学性能基础研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2020. [66] YAN S, WU D, NIU F, et al. Al2O3-ZrO2 eutectic ceramic via ultrasonic-assisted laser engineered net shaping[J]. Ceramics International, 2017, 43(17): 15905- 15910. [67] ZIMMERMANN G, PICKMANN C, SCHABERGER-ZIMMERMANN E, et al.Do rotating magnetic fields unconditionally lead to grain refinement?A case study for directionally solidified Al-10wt%Cu alloys[J]. Materialia, 2018, 3: 326-337. [68] YU T, DENG Q L, ZHANG W, et al.Study on cracking mechanism of laser clad NiCrBSi coating[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2012, 46(7): 1043-1048. [69] 宗磊. 交变磁场下铁基合金粉末激光熔层组织与性能研究[D]. 秦皇岛: 燕山大学, 2016. [70] 吕政, 梁国星, 吕明, 等. 机械振动辅助激光熔覆WC/Co-Cr梯度涂层的显微组织[J]. 热加工工艺, 2021, 50(10): 86-89, 94. [71] 孙铭含. 超声振动对等离子熔覆涂层裂纹及残余应力的影响研究[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2021. [72] LIU H X, XU Q, WANG C Q, et al.Corrosion and wear behavior of Ni60CuMoW coatings fabricated by combination of laser cladding and mechanical vibration processing[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2015, 621: 357-363. [73] 王新军, 闫迎亮. 磁场辅助激光熔覆316L不锈钢涂层的微结构及性能[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(23): 184-189. [74] 毛怀东. 激光熔覆层裂纹控制方法与实践[D]. 天津: 天津大学, 2007. [75] 李洪玉, 魏连峰, 王泽明, 等. 预热温度对激光熔覆层组织和应力的影响[J]. 激光与光电子学进展, 2021, 58(7): 249-257. [76] JIA Y, HAO N.Thermal-mechanical coupling finite element analysis of laser cladding process[C]//International Conference on Mechanic Automation & Control Engineering. Inner Mongolia: IEEE, 2011, 51: 4696-4699. [77] JENDRZEJEWSKI R, SLIWINSKI G, KRAWCZUK M, et al.Temperature and stress fields induced during laser cladding[J]. Computers & Structures, 2004, 82(7/8): 653-658. [78] 蔡春波. 激光熔覆再制造涂层残余应力研究[D]. 青岛: 中国石油大学(华东), 2017. |
[1] | 辛先峰, 刘林根, 林国强, 董闯, 丁万昱, 张爽, 王棋震, 李军, 万鹏. Zr55Cu30Al10Ni5非晶薄膜的制备与性能研究*[J]. 真空, 2022, 59(5): 1-6. |
[2] | 王立哲, 蔡妍, 张儒静, 何利民, 牟仁德. 单晶高温合金CVD铝化物涂层对热障涂层高温防护性能的影响*[J]. 真空, 2022, 59(4): 56-63. |
[3] | 万书宏, 林晶, 冯帅. 热丝CVD法制备金刚石涂层刀具的研究现状*[J]. 真空, 2022, 59(1): 40-47. |
[4] | 汪阳, 张高会, 汪凯, 杨镕菲, 李想, 孙启轩. 钛合金Ti6Al4V表面离子注入铜的阻燃性研究[J]. 真空, 2021, 58(5): 98-103. |
[5] | 吴忠灿, 刘亮亮, 唐伟, 杨超, 马正永. 强稳定性超疏水F-DLC涂层的制备与性能研究*[J]. 真空, 2019, 56(6): 30-35. |
[6] | 李国浩, 巴德纯, 王栋, 陈红斌, 张洪琦, 杜广煜. EB-PVD制备YSZ涂层的热震性研究*[J]. 真空, 2020, 57(3): 1-4. |
|