3　激光熔覆表面改性技术研究

3 1　激光表面熔覆工艺的特点激光熔覆技术是指在被熔覆基体表面放置选择的涂层材料后,经过激光辐照使之和基体表面同时熔化,并快速凝固后形成稀释度极低,与基体材料成冶金结合的表面涂层,从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀性能的工艺方法[6]。

与喷焊熔覆相比,它具有以下特点:

(1)冷凝速度快,产生快速凝固组织特征,可获得致密、均匀、高硬度的涂层;

(2)热变形极小,特别适合于对变形量有严格要求的叶轮、叶轮室;

(3)光束瞄准,能进行选区熔覆和修复其它方法难以接近的加工区域;

(4)工艺过程易于实现自动化,便于质量控制。

3 2　试验研究结果[7]

利用2ｋＷ ＣＯ2连续横流激光器,采用Ｎｉ基和Ｎｉ基ＷＣ合金粉末,对铸铁和铸钢试样进行了激光表面改性技术的研究。用Ｊ93025型磁致伸缩仪对试样的抗汽蚀性能进行了测试。试验结果表明,经激光熔覆表面改性后的试样抗汽蚀性能有较大幅度的提高。

(1)激光熔覆层比喷焊层更为细密、均匀,热影响区更窄。由于激光功率高,扫描作用时间短,涂层和基体表层加热后熔化速度快,急速冷却时过冷度大,熔池中的合金元素能迅速形成多种化合物而增加非自发晶核的数量,使形核率大为提高,形成细小均匀的显微组织。组织细密可以提高晶界结合力,增强材料强度和韧性,不但减少了单位晶界上的杂质含量,而且在快速冷却过程中成分偏析程度减少,从而在整体上保证了加工质量。

(2)激光熔覆表面改性是利用激光束对熔池进行搅拌,使得熔池中气体夹杂物能上浮析出,形成较为致密的涂层,保证了熔层的质量。而喷焊过程是利用氧乙炔火焰使喷射到基材表面的粉末熔化,在加工过程中伴随有空气混入焊层,在喷层及界面部位往往存在较多的气孔与夹杂物分布在粗大的枝晶之间。化学成分和金属组织的不均匀性都降低了喷焊层的抗蚀能力。

(3)铸钢和铸铁表面在采用与喷焊同一种涂层材料经激光熔覆处理后,抗汽蚀能力分别提高了15 91倍和21 43倍。与喷焊相比,抗汽蚀能力分别提高了1 3和1 5倍。

(4)激光熔覆本身的热变形小、与涂层能产生良好的冶金结合、加上速度快、光束瞄准加工灵活、自动化程度高等特点使得激光熔覆具有其它工艺方法所无法比拟的优势。随着激光技术的成熟、价格的降低、材料研究的深入以及宽带扫描激光设备的研制,激光熔覆技术将能为水泵抗汽蚀、磨损预防护和维修提供更好的解决方案。

4　结语

表面保护技术可以节约优质材料,最大限度地改善和大幅度地提高普通母材的表面性能,显著地提高水泵叶片、叶轮室的抗汽蚀、磨蚀性能,延长其使用寿命。

参考文献：

1刘朝福 水力机械过流部件表面涂护技术的应用研究 泵站技术,1997;(3):29～31

2储训 大中型泵站水泵汽蚀防止措施和损坏修补 水泵技术,1994;(6):37～40

3储训 水泵叶片和叶轮室抗汽蚀喷焊保护材料及工艺研究课题报告 水泵技术,1999;(5):18～22

4储训,陈履 大型泵站建设和更新改造对策 南京:河海大学出版社,2000:90～92

5陈晓平 水轮机抗磨防护技术进展 水利水电技术,1996;(12):33～34

6谢沛霖,吴新跃 汽轮机叶片表面激光熔覆抗汽蚀研究 海军工程学院学报,1999

7马援东 水泵抗汽蚀激光熔覆预防护研究 扬州大学水利建筑工程学院硕士学位论文,2000