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CO2/半导体激光熔覆液压支架立柱的性能指标
滴台凡亮
271222
李阳
何建群
杜学芸
山东能源重装集团大族再制造有限公司
山东新泰）
要：为了探讨CO2激光器，半导体激光器的经济性与实用性，分析了相同工作量下，CO2激光器、半导体激光器熔覆液压支架不锈钢立柱的能耗、熔覆层性能。
关键词
引
CO2激光器：半导体激光器：激光熔量：立柱；性能
是半导体激光熔爱层的组织生长更规律，熔覆界面更干净、平直。
激光熔暖技术的关键参数包括激光
功率、离焦量、扫描速率、光斑大小、送粉速率等，直接影响到熔覆层的稀释率、裂纹、表面粗糙度以及焙覆层的致密性！半导体激光器与C02激光器相比，光电转化率更高，热影响区更小，因此在达到同样的工作量时能耗差别很大。长期以来，一般用户已经信赖C02激光器的应用稳定性，反倒对高效率下的半导体激光焙覆产品持有怀疑，它的熔遇产品的耐蚀性、耐磨性能否达到C02激光器的熔覆效果，两种激光器的实用性和熔覆产品的稳定性是怎样的，未见定论，本文以液压支架不锈钢立柱的激光熔覆为研究对象，对C02激光器、半导体激光器的熔覆质量进行了分析，主要包括熔覆成形、组织形态、硬度及耐磨性，希望可以为激光熔爱产品的生产者和使用者提供一此参考。
1.熔覆结果与讨论
基材为液压支架立柱母材27SiMn，熔覆粉末为专门研制的立柱用铁基合金粉末，粒度为-100～+270目，激光熔覆参数为达到同样熔覆效果的生产工艺。
1.1塔覆层的结构形态
图1激光熔履试样剖面图：
a.C02激光熔履，b.半导体激光熔覆如图1a、b所示，从表至里熔覆层、热影响区、结合界面、基体分别呈现不同形态，熔覆层厚度均为1.2-1.3mm。结合界面b比a更加平直，热影响区在硝酸酒精的腐蚀过程中最不耐蚀，离蚀后颜色最暗。经测量，C02激光熔覆的热影响区约为0.13mm，半导体激光熔爱的热影响区约为0.09mm。如此看来，要达到同样的熔覆效果，C02激光熔覆的热影响区是半导体激光熔覆热影响区的1.45倍
熔覆层的组织形态没有明显变化，在熔池底部，由于温度梯度G最大，凝固速率R却最小，G/R最大，形成一薄层平面生长的白亮组织，随后沿逆热流方向形成较发达的枝晶组织，熔覆层与基体形成良好的冶治金结合，二者熔覆层均无裂纹，星细小致密的枝晶组织，只
1.2熔覆层孔隙检测
通常孔隙率越高，产品对大气和水的敏感性越高。但是电镀层的孔隙率检测方法不适用于激光熔覆层，分析其检测原理：试液由腐蚀剂和指示剂组成，离蚀剂只与基体金属或中间镀层作用面不腐蚀表面镀层，指示剂与被脂蚀的金属离子产生特征显色作用3)。若使用传统电镀孔隙率检测方法检测激光熔覆不锈钢立柱，熔覆层本身即相当于“被膚蚀的基体”，本文仅从局部入手，使用金相显微镜进行观察，不锈钢立柱表层的半导体激光熔爱层和C02激光熔覆层在局部孔障比例上无显著差别。图2是半导体激光熔覆层的局部孔隙情况，经数据分析，图a的孔障面积含量比例是0.69%，图b的孔面积含量比例是 0.27%，较传统电镀层孔隙率检测的执行标准，该孔障比例不会对产品使用产生不利影响。
图2半导体激光熔覆层的局部孔隙分布 1.3涂层的显微硬度与耐磨
C02激光熔爱层的平均硬度为 446.5HV，半导体激光熔覆层具有更高的硬度为590.4HV，是基体（300HV）的 1.5倍。熔覆层的过渡区域由于母材金属对熔覆层的稀释作用使得硬度低于熔覆层中上部，在熔爱效果相同的情况下， C02激光熔覆时基体熔化量更多，这便致使更多的基体元素参与到熔池中，基体元素对熔覆层的稀释作用加大。基体元素的过度稀释会降低熔池中的C浓度，使凝固组织中形成的碳化物数量减少国，所以C02熔覆试样过渡区的硬度较半导体的低。
图3试样的磨损失重
由图3磨损结果所示，C02激光器熔
覆途层的失重量约为半导体激光熔覆资层的15倍，在一般正常工作状态下，磨损可分为三个阶段：1）磨合阶段：磨损比较轻微，为正常运行创造条件：2）稳定磨损阶段：磨损较初始阶段更轻微，磨损率低面且比较稳定：3）剧烈磨损阶段：磨损速率急剧增长(5)。C02激光熔覆层与半导体激光熔覆层在耐磨性能上的差异，可能是因为熔覆层组织结构的差异性导致。在半导体激光束作用下，熔覆层组织更加规律，而且硬度更高，赋子了零件表面更低的摩操系数，使得合阶段的磨损量更低，也有利于减少随后的稳定磨损阶段的磨损量。
2.经济性分析
表1是公司生产不锈钢立柱的成本累计数据，由表可见，由于熔覆功率大小不同，在获得同样加工量时，C02较半导体激光器的加工工时箱短，但是002 激光器系统耗电总量远大于半导体激光器的耗电总量，而且辅助气体氢气、氟气、氮气都要成本投入。权衡来看，在经济性上来看，半导体激光器具备显等优势。表1半导体和C02激光熔覆立柱的能耗
C02激光器半号体激光器
段备类型
气体用量图气.5、氩
加工工时
Zh/m
51、氢气101
系统165kw/h
3.结论
7.9h/m 10kw/h
3.1半导体激光器、002激光器熔覆层宏观成形及孔隙比例无明显差异；
3.2要达到同样的熔覆效果，C02激光熔覆的热影响区是半导体激光熔覆热影响区的1.45倍：
3.3半导体激光熔覆层的整体硬度约为C02激光器熔覆层的1.1倍，耐磨性是002激光熔覆涂层的1.5倍。
参考文献：
[1]陈宝洲，激光熔覆技术的研究及应用[DB/OL].http://uww,docin.com/ p-528034685. htnl, 2012-11-16.
[2]刘并红，吴晓青，郭启微，复合材料孔隙率检测方法的比较[]].纤维复合材料，2009,3,1:29-31.
[3]孔限率的测定[DB/OL]. http://www.doc88.com/p33870567358. html,2011-11-30.
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