激光熔敷
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-10-26
激光熔敷的視頻教程
Comsol熱流相變+動(dòng)網(wǎng)格仿真激光熔覆
激光熔覆（Laser Cladding）亦稱激光熔敷或激光包覆，是一種新的表面改性技術(shù)。它通過(guò)在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成冶金結(jié)合的添料熔覆層。 本次分享的案例采用comsol的熱流相變+動(dòng)網(wǎng)格仿真激光熔覆 注意：為了增加相變界面的平滑，需要加密網(wǎng)格導(dǎo)致計(jì)算需求資源較大。
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激光熔敷的實(shí)例教程
COMSOL激光熔覆仿真 ￥200
<p>激光熔覆（Laser Cladding）亦稱激光熔敷或激光包覆，是一種新的<a href="https://baike.baidu.com/item/%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E6%94%B9%E6%80%A7%E6%8A%80%E6%9C%AF/597555" rel="noopener noreferrer" target="_blank">表面改性技術(shù)</a>。它通過(guò)在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成冶金結(jié)合的添料熔覆層。本次基于COMSOL軟件對(duì)激光熔覆問(wèn)題進(jìn)行了仿真探索。以下是兩個(gè)案例的結(jié)果：</p><div contenteditable="false" width="100%">
<img src="https://img.jishulink.com/upload/202108/97727b26e4b44be5bda7dfbdaad6a2ff.gif" title="Untitled1.gif" alt="Untitled1.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202108/97727b26e4b44be5bda7dfbdaad6a2ff.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202108/97727b26e4b44be5bda7dfbdaad6a2ff.gif?
展開 激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對(duì)材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。
與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點(diǎn)，因此激光熔覆技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊。
從當(dāng)前激光熔覆的應(yīng)用情況來(lái)看，其主要應(yīng)用于三個(gè)方面：
一，對(duì)材料的表面改性，如燃汽輪機(jī)葉片，軋輥，齒輪等；
二，對(duì)產(chǎn)品的表面修復(fù)，如轉(zhuǎn)子，模具等。有關(guān)資料表明，修復(fù)后的部件強(qiáng)度可達(dá)到原強(qiáng)度的90％以上，其修復(fù)費(fèi)用不到重置價(jià)格的1／5，更重要的是縮短了維修時(shí)間，解決了大型企業(yè)重大成套設(shè)備連續(xù)可靠運(yùn)行所必須解決的轉(zhuǎn)動(dòng)部件快速搶修難題。另外，對(duì)關(guān)鍵部件表面通過(guò)激光熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命；對(duì)模具表面進(jìn)行激光熔覆處理，不僅提高模具強(qiáng)度，還可以降低2／3的制造成本，縮短4／5的制造周期。
三，快速原型制造。利用金屬粉末的逐層燒結(jié)疊加，快速制造出模型。利用激光熔敷技術(shù)快速制造零件的技術(shù)，又稱作LENS （Laser Engineered Net Shaping） 、DLF （Direct Laser Fabrication） 、DMD （Direct Metal Deposition）、LC （Laser Consolidation） 等 。
熔覆材料：目前應(yīng)用廣泛的激光熔覆材料主要有：鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化鎢復(fù)合材料，陶瓷等材料。其中，又以鎳基材料應(yīng)用最多，與鈷基材料相比，其價(jià)格便宜。
展開 ；(c)界面微觀組織
圖8 使用純鋁焊絲、鋁硅焊絲和鋅鋁焊絲的激光熔釬焊鋁/鋼接頭：(a-c)截面圖；(d-f)界面SEM圖像
圖9 激光在鋁/鋼激光電弧復(fù)合焊中的作用
圖10 激光輔助攪拌摩擦焊示意圖
圖11 激光輔助攪拌摩擦焊鋼/鋁圓坯的深沖結(jié)果（注:β表示深沖設(shè)置中的拉伸比）
圖12 激光輥壓焊示意圖
圖13 鋁/鋼激光壓輥焊中的行進(jìn)速度與熱輸入的關(guān)系
圖14 鋁/鋼異種材料激光熔敷焊示意圖
激光表面處理是用激光的高輻射亮度、高方向性、高單色性特點(diǎn)作用于金屬材料特別是鋼鐵材料表面, 可顯著提高材料的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性等一系列性能, 從而延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命并降低成本, 如利用激光熔敷技術(shù)對(duì)扶正器進(jìn)行表面強(qiáng)化來(lái)提高其表面耐磨、耐蝕性能。激光技術(shù)的另一個(gè)重要應(yīng)用則是對(duì)廢舊關(guān)鍵部件進(jìn)行再制造, 即以明顯低于制造新品的成本, 獲得質(zhì)量和性能不低于新品的再制造產(chǎn)品, 如對(duì)船用大型曲軸和扶正器的再制造等。
冷噴涂是俄羅斯發(fā)明的一種技術(shù), 由于噴涂溫度低, 在海洋工程結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
總之, 現(xiàn)代表面工程技術(shù)是提高海洋工程裝備關(guān)鍵部件表面的耐磨、耐腐蝕、抗沖刷等性能, 滿足海洋工程材料在苛刻工況下的使役要求, 延長(zhǎng)關(guān)鍵部件使用壽命與可靠性、穩(wěn)定性的有效方法, 也是提升我國(guó)海洋工程裝備整體水平的重要途徑。
3. 6電化學(xué)保護(hù)
金屬- 電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時(shí), 電位負(fù)移, 金屬陽(yáng)極氧化反應(yīng)過(guò)電位減小, 反應(yīng)速度減小, 因而金屬腐蝕速度減小, 稱為陰極保護(hù)效應(yīng)。電化學(xué) (陰極) 保護(hù)法分兩種: 外加電流陰極保護(hù)和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)。
犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)是將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接, 并處于同一電解質(zhì)中, 使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去, 使整個(gè)被保護(hù)金屬處于一個(gè)較負(fù)的相同的電位下。該方式簡(jiǎn)便易行, 不需要外加電源, 很少產(chǎn)生腐蝕干擾, 廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型 ( 電流一般小于1A) 金屬結(jié)構(gòu)。對(duì)于犧牲陽(yáng)極的使用有很多失敗的教訓(xùn), 失敗的主要原因是陽(yáng)極表面生成一層不導(dǎo)電的硬殼, 限制了陽(yáng)極的電流輸出。
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激光表面處理是用激光的高輻射亮度、高方向性、高單色性特點(diǎn)作用于金屬材料特別是鋼鐵材料表面, 可顯著提高材料的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性等一系列性能, 從而延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命并降低成本, 如利用激光熔敷技術(shù)對(duì)扶正器進(jìn)行表面強(qiáng)化來(lái)提高其表面耐磨、耐蝕性能。
圖13 鋁/鋼激光壓輥焊中的行進(jìn)速度與熱輸入的關(guān)系
圖14 鋁/鋼異種材料激光熔敷焊示意圖
<p>激光熔覆（Laser Cladding）亦稱激光熔敷或激光包覆，是一種新的<a href="https://baike.baidu.com/item/%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E6%94%B9%E6%80%A7%E6%8A%80%E6%9C%AF/597555" rel="noopener noreferrer" target="_blank">表面改性技術(shù)</a>。
利用激光熔敷技術(shù)快速制造零件的技術(shù)，又稱作LENS （Laser Engineered Net Shaping） 、DLF （Direct Laser Fabrication） 、DMD （Direct Metal Deposition）、LC （Laser Consolidation） 等 。
熔覆材料：目前應(yīng)用廣泛的激光熔覆材料主要有：鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化鎢復(fù)合材料，陶瓷等材料。
