激光辅助热喷涂.PDF

发布时间:2018/5/28 6:54:40

 1 引言

    在零件上喷涂金属或陶瓷是工业界必不可少的工艺过程, 近年来更显得越来越重要, 例如可延长使用寿命的耐磨耐腐蚀涂层及可改变零件表面物理性能的涂层。在金属表面上进行热喷涂时, 待喷涂零件的表面处理是最重要的工序之一, 它对涂层的结合力具有决定性的影响。
2 预处理是一个既费时又费钱的工序
    通常在喷涂前, 要对待喷基体表面进行脱脂和喷砂清理, 以避免表面残留的有机杂质与熔融的喷涂金属颗粒发生化学反应。该工序会产生各种问题。清理后, 脱脂溶剂和喷砂砂子的处理费用很高, 待喷表面会受到喷砂颗粒的污染。象钛合金、高强度钢这类具有高表面缺口敏感度的材料, 喷砂后发生早期疲劳破坏。喷砂还受到待喷零件厚度的限制。喷射的砂子会损伤甚至破坏很薄的零件。
    在对铝合金等很活跃的材料进行喷涂前的表面处理时, 还会碰到其它的困难:表面处理后被活化的表面会在100ms的时间间隔内重新被氧化。最后,同样重要的是, 脱脂和喷砂要花费宝贵的时间, 相应的设备要占用场地。
3 单一操作工序
    激光辅助热喷涂工艺——Protal 把待喷基体的表面清理和热喷涂结合为单一的工序, 不再需要传统的脱脂和喷砂清理工序。此外, 不再需要处理喷砂造成的残余砂粒污染待喷表面、表面内应力、表面磨损及废砂的处理等问题。
    该工艺的开发受到了位于法国 Sevenans 综合技术学院的 Christian Coddet 教授的启发。Sulzer Metco公司担当了这个研究项目重要的协调员的角色, 1996 年在欧盟的资助下, Sulzer Metco 公司与FIT Lau sanne等合作者一起着手开发了 Protal 工艺。 早在 1998 年就获得了第一批研究成果。现在Protal 工艺已可投入商业应用。Sulzer Metco 公司在全球范围内获得了该工艺的专利权和相应装备的市场占有权。
    在 Protal 工艺中, 待喷涂的基体表面采用高能激光脉冲进行清理。波长为1.064 mm、脉冲时间只有10ns 的激光束会迅速加热表面, 以清除表面油脂层、氧化膜和最表层的基体原子, 而零件内部不会受到明显的加热。激光束的光斑面积通常为 18mm×8mm。能量密度为 1.5 J/cm2 的激光束只需 1min 就可处理 1m2 的表面积。在这个过程中基体材料的表面也会被清除几个纳米的厚度。由该方法活化处理的基体表面就可进行高速火焰热喷涂或用等离子喷枪来喷涂金属或陶瓷材料。
 

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