雷射熔覆銅合金零件的關鍵技術研究

《雷射熔覆銅合金零件的關鍵技術研究》是依託上海交通大學，由鄧琦林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雷射熔覆銅合金零件的關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄧琦林
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

銅合金零件的雷射熔覆技術具有非常獨特的優點和非常好的套用前景。但目前銅合金的雷射熔覆存在很大的難題。本項目在銅合金零件雷射熔覆修復工程套用取得成功的基礎上，對雷射熔覆銅合金零件的關鍵技術進行理論分析和試驗研究。通過對銅合金表面的預處理、對銅合金表面第一層雷射熔覆工藝、雷射熔覆過渡層工藝和雷射熔覆Ni、Co、WC-Co合金粉末工藝的理論分析和試驗研究，解決了銅合金雷射熔覆的工藝難題。 建立了雷射熔覆熔池CCD線上檢測系統，獲得了清晰的熔池表面形貌圖像，採用計算機圖像處理技術可獲得熔池的液相邊界。研究不同熔覆工藝下雷射熔覆熔池的CCD檢測方法。採用金相試驗方法，建立熔覆層性能（界面結合、氣孔和微裂紋等情況）與熔池液相邊界的數學模型或關係資料庫。固定其他雷射熔覆工藝參數，通過調節雷射輸出功率對熔池平面液相邊界進行線上控制，達到對雷射熔覆層質量的線上控制，解決了銅合金零件雷射熔覆的質量控制難題。

結題摘要

銅合金零件的雷射熔覆技術具有非常獨特的優點和廣泛的套用前景，但由於銅合金對雷射的高反射性和銅合金本身的高導熱性使銅合金的雷射熔覆存在很大的難題。本項目對雷射熔覆銅合金零件的關鍵技術進行理論分析和試驗研究。採用預製鎳基合金塗層和雷射重熔技術實現了銅合金基體表面的雷射熔覆，雷射熔覆層與銅合金基體形成了冶金結合，結合強度高。把銅合金表面的雷射熔覆技術與目前寶鋼在結晶器銅板表面強化中使用的電鍍技術、等離子噴塗技術進行了對比實驗研究，研究結果表明，雷射熔覆技術具有很大的優勢，有望替代電鍍技術和等離子噴塗技術。為提高銅合金表面雷射熔覆層的耐高溫腐蝕和耐高溫磨損性能，採用在廣泛使用的鎳基合金粉末中添加Nb和Ta強化相的方法。研究結果表明，在鎳合金中加入適當含量的Nb和Ta可以大大改善鎳基合金在高溫下的熱穩定性，提高雷射熔覆層在高溫下的耐磨損性能。為降低添加物Nb和Ta的成本，研究了雷射熔覆原位生成技術，即採用氧化鈮和和氧化鉭加石墨與鎳基合金混合，在雷射熔覆中反應生成NbＣ和TaＣ，所得效果與直接加Nb和Ta相近，大大降低了添加物的成本。針對雷射熔覆中的檢測和控制問題，根據自己的實踐經驗和理論分析，提出採用CCD對雷射熔覆熔池進行檢測和控制，該技術具有檢測設備便宜，檢測和控制方法簡單的特點。在建立了CCD檢測裝置後，研究了雷射熔覆過程工藝參數對雷射熔覆熔池長、寬、面積和表面形貌的影響，建立起了雷射熔覆熔池長、寬、面積與雷射熔覆工藝參數的關係，並在後續的雷射熔覆工程化中獲得套用，並取得很好的效果。近年來採用雷射熔覆技術修復了海軍引俄潛艇（365艇，366艇，367艇，368艇，XX5艇和XX8艇）的大量關鍵的銅合金零件，修復質量獲得海軍軍方認可，使用效果良好。目前正將該技術套用於上海寶鋼連鑄結晶器銅板表面的修復和強化工作中。銅合金表面雷射熔覆技術在2015年的創新創業大賽中，經過層層比賽選拔，最後獲得全國材料組創新創業團隊比賽的第6名。