一种控制激光熔覆涂层微观组织及热裂纹敏感性的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及激光烙覆涂层领域，尤其设及一种控制激光烙覆涂层微观组织及热裂 纹敏感性的方法。
【背景技术】
[0002] 激光烙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烙化，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烙覆层，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，激光烙覆技术具有W下优点：
[0003] (1)基材的稀释率低，一般在5% W下，烙覆层与基材形成良好的冶金结合，结合强 度高；
[0004] (2)热输入量少，热循环过程短暂，对基材的热损害与热崎变量小；
[0005] (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；
[0006] (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；
[0007] (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。
[000引基于W上的优点，激光烙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，满轮盘等部件。由于运类零部件的服役溫度高、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，使得运类受损的零 部件的再制造附加值较高。
[0009] 然而由于激光烙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。特别是儀基高溫合金，由于合金 中加入了很多如41、1'1、帅、1〇等强化元素，容易在焊接过程中形成低烙点共晶物，如 Inconel718合金中的Laves相。在多道搭接过程中，处于热影响区内的运些低烙点共晶物容 易会被重新烙化，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 会聚在运些液化膜处，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 纹一一即液化裂纹。液化裂纹是限制儀基高溫合金激光烙覆的主要缺陷之一，有必要对其 进行控制。
[0010] 而现有技术均没有给出能够很好地控制激光烙覆涂层裂纹的方法。
【发明内容】
[0011] 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 制激光烙覆涂层裂纹的方法。
[0012] 为实现上述目的，本发明提供了一种控制激光烙覆涂层微观组织及热裂纹敏感性 的方法，包括在激光烙覆过程中改变激光的入射角度，从而改变烙覆涂层的微观组织及生 长取向，进而改变烙覆涂层的抗热裂纹开裂的阻力，达到控制烙覆热裂纹形成的目的。
[0013] 进一步地，激光的入射角度的改变通过烙覆过程中旋转激光头或引导光纤来实 现。
[0014] 具体地，本发明的一种控制激光烙覆涂层微观组织及热裂纹敏感性的方法包括W 下步骤：
[0015] 步骤一，提供激光头或光纤;将用于烙覆的材料置于基材比如金属的表面；
[0016] 步骤二，使激光头发射半导体激光或使光纤发射光纤激光，烙覆基材表面的用于 烙覆的材料，形成烙池，烙池凝固形成烙覆涂层;其中，在烙覆过程中，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。
[0017] 步骤Ξ，激光的入射角度的改变使得烙池的形貌和溫度场发生改变，从而改变烙 覆涂层的微观组织及生长取向，进而改变烙覆涂层的抗热裂纹开裂的阻力。
[0018] 进一步地，基材表面的用于烙覆的材料为粉末粒子、丝材或薄片。
[0019] 进一步地，在烙覆过程中，通过送粉气实时地将粉末粒子送至基材的表面，且粉末 粒子采用保护气，如氣气，进行保护。
[0020] 进一步地，用于烙覆的材料在烙覆前预先涂覆于基材的表面或将用于烙覆的材料 实时地送至基材的表面。
[0021] 进一步地，热裂纹是指烙覆过程中形成的凝固裂纹和液化裂纹。
[0022] 进一步地，微观组织的改变是指由于激光的入射角度改变后，激光束在烙池中的 能量分布相应地发生了变化，进而改变了烙池的形貌及其内的溫度场，从而改变了基材及 烙池金属的凝固行为，形成不同形貌的微观组织。
[0023] 进一步地，烙覆涂层的生长取向的改变是指由于激光的入射角度偏转后，更多的 激光能量聚焦于烙池的一侧，使得烙池中热流的均匀性得到提高，从而增加烙覆涂层的生 长取向。
[0024] 进一步地，烙覆涂层的抗热裂纹开裂的阻力的改变是指由于激光的入射角度偏转 后，烙池的侧向散热得到提高，增加了热流方向与一次树枝晶生长方向之间的夹角，使得一 次树枝晶的生长得到抑制而二次树枝晶的生长得到提高，从而增加了一次树枝晶之间的交 叉连接，提高了烙覆涂层的抗热裂纹能力，降低了烙覆涂层的热裂纹敏感性。
[0025] 本发明的控制激光烙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烙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，适合于各类激光烙覆涂层的制备过程，尤其适用于儀基高溫合金的激光烙覆。
[0026] W下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，W 充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明的一个较佳实施例的烙覆过程示意图，其中激光束为前倾；
[0028] 图2是本发明的一个较佳实施例的另一烙覆过程示意图，其中激光束为后倾；
[0029] 图3是本发明的一个较佳实施例在激光束分别后倾0°、10°、20°和30°所得到的烙 覆涂层的金相组织图；
[0030] 图4是本发明的一个较佳实施例在激光束分别后倾0°、10°、20°和30°所得到的烙 覆涂层的EBSD测试结果；
[0031] 图5是本发明的一个较佳实施例所得的烙覆涂层的树枝晶形貌图；
[0032] 图6是本发明的一个较佳实施例所得的烙覆涂层的SEM形貌图；
[0033] 图7是本发明的一个较佳实施例在不同激光入射角度下烙覆所得的烙覆涂层的单 位截面积的总裂纹长度的统计结果；
[0034] 图8是本发明的一个较佳实施例的烙覆涂层中交错带形成机理示意图；
[0035] 图9是本发明的一个较佳实施例的<001〉树枝晶向<100〉树枝晶转变机理示意图；
[0036] 图10是本发明的一个较佳实施例在激光烙覆过程中激光束垂直入射时烙池的散 热场及溫度梯度与生长速率之间的关系示意图；
[0037] 图11是本发明的一个较佳实施例在激光烙覆过程中激光后倾时烙池的散热场及 溫度梯度与生长速率之间的关系示意图。
【具体实施方式】
[0038] 如图1和2所示，本发明的一个较佳实施例提供了一种控制激光烙覆涂层微观组织 及热裂纹敏感性的方法，包括W下步骤：
[0039] 步骤一，提供激光头1;将用于烙覆的材料6置于在基材4的表面；
[0040] 步骤二，使激光头发射高能量激光束2,烙覆基材4表面的用于烙覆的材料6,形成 烙