[发明专利]一种控制激光熔覆涂层微观组织及热裂纹敏感性的方法

说明书

本发明公开了一种控制激光熔覆涂层微观组织及热裂纹敏感性的方法，包括在激光熔覆过程中改变激光的入射角度，从而改变熔覆涂层的微观组织及生长取向，进而改变熔覆涂层的抗热裂纹开裂的阻力，达到控制熔覆热裂纹形成的目的。本发明的控制激光熔覆涂层微观组织及热裂纹敏感性的方法通过改变激光的入射角度有效地控制了熔覆涂层的微观组织及热裂纹敏感性，该方法操作简单，可操作性强且效果好，适合于各类激光熔覆涂层的制备过程，尤其适用于镍基高温合金的激光熔覆。

技术领域

本发明涉及激光熔覆涂层领域，尤其涉及一种控制激光熔覆涂层微观组织及热裂纹敏感性的方法。

背景技术

激光熔覆是一种新型的增材技术，是利用一定功率密度的激光束作用于预先涂覆在金属表面或同步送入的粉末材料上，使材料与金属基材表面熔化，在随后的冷却过程中凝固，在金属基材表面形成一层低稀释率并具有良好冶金结合的熔覆层，达到材料表面修复或增材制造的目的。相比于传统的表面修复技术，激光熔覆技术具有以下优点：

(1)基材的稀释率低，一般在5％以下，熔覆层与基材形成良好的冶金结合，结合强度高；

(2)热输入量少，热循环过程短暂，对基材的热损害与热畸变量小；

(3)加热与冷却速率极快(可达10⁶K/s)，涂层晶粒不易长大，可制备晶粒细小的合金涂层；

(4)材料的选择柔性大，可根据实际需要选择材料，实现工件表面耐磨、耐腐蚀、耐疲劳等强化目的；

(5)激光光斑小，通过机械手臂和计算机数控技术，实现复杂零部件受损部位的精确修复。

基于以上的优点，激光熔覆技术尤其适用于高附加值部件的再制造修复，如航空发动机中叶片、定子，轴，涡轮盘等部件。由于这类零部件的服役温度高、受力大、工作环境恶劣、零部件设计制造精密、生产制难度大，加上原材料本身价格较高，使得这类受损的零部件的再制造附加值较高。

然而由于激光熔覆过程中极快的冷却速率，导致其在凝固过程中产生极大的热应力，容易诱发热裂纹(主要是凝固裂纹和液化裂纹)的产生。特别是镍基高温合金，由于合金中加入了很多如Al、Ti、Nb、Mo等强化元素，容易在焊接过程中形成低熔点共晶物，如Inconel718合金中的Laves相。在多道搭接过程中，处于热影响区内的这些低熔点共晶物容易会被重新熔化，形成液化膜。由于液化膜不能传递应力，因此凝固过程中的热应力会大量会聚在这些液化膜处，形成应力集中，当应力达到材料极限时，液化膜将会拉开，形成裂纹——即液化裂纹。液化裂纹是限制镍基高温合金激光熔覆的主要缺陷之一，有必要对其进行控制。

而现有技术均没有给出能够很好地控制激光熔覆涂层裂纹的方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效控制激光熔覆涂层裂纹的方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种控制激光熔覆涂层微观组织及热裂纹敏感性的方法，包括在激光熔覆过程中改变激光的入射角度，从而改变熔覆涂层的微观组织及生长取向，进而改变熔覆涂层的抗热裂纹开裂的阻力，达到控制熔覆热裂纹形成的目的。

进一步地，激光的入射角度的改变通过熔覆过程中旋转激光头或引导光纤来实现。

具体地，本发明的一种控制激光熔覆涂层微观组织及热裂纹敏感性的方法包括以下步骤：

步骤一，提供激光头或光纤；将用于熔覆的材料置于基材比如金属的表面；

步骤二，使激光头发射半导体激光或使光纤发射光纤激光，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层；其中，在熔覆过程中，旋转激光头或引导光纤，使激光的入射角度不与基材垂直，并改变激光的入射角度。