激光直接燒結(jié)技術(shù)DMLSDirectMetalLaserSintering

WhatisDMLS?DMLS=DirectMetalLaserSintering中文名稱：金屬直接表面燒結(jié)、激光熔覆性質(zhì)：一種新的金屬表面改性技術(shù)原理：通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層

冶金結(jié)合（metallurgicalbond）是指兩件金屬的界面間原子相互擴散而形成的結(jié)合。激光熔覆后未機加工表面激光熔覆前待修復(fù)工件表面激光熔覆后機加工處理后表面激光熔覆修復(fù)中激光熔覆后工件表面激光熔覆前工件表面玻璃模具使用壽命為30萬次/件，經(jīng)過模具內(nèi)腔表面熔敷處理后達到130萬次/件修復(fù)前與修復(fù)后的對比激光熔覆工藝特點：激光熔覆層與基體為冶金結(jié)合，結(jié)合強度不低于原基體材料的95％；對基材的熱影響較小，引起的變形也??；材料范圍廣泛，如鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化物復(fù)合材料等，可滿足工件不同用途要求，兼顧心部性能與表面特性；熔覆層及其界面組織致密，晶粒細小，無孔洞，無夾雜裂紋等缺陷；可對局部磨損或損傷的大型設(shè)備貴重零部件、模具進行修復(fù)，延長使用壽命；熔覆工藝可控性好，易實現(xiàn)自動化控制；對損壞零部件，可實現(xiàn)高質(zhì)量、快速修復(fù)，減少因故障停機時間，降低設(shè)備維護成本。常用熔覆層硬度范圍HRC30~60，超高硬度要求的可達HRC65~75，熔敷層厚度范圍0.1~10.0mm激光熔覆工藝適用行業(yè)范圍及產(chǎn)品用戶涉及冶金、石化、船舶、電力、機械、液壓、化工、模具等行業(yè)可對大型轉(zhuǎn)動設(shè)備重要零部件如軸、葉片、輪盤、曲軸、泵軸、齒軸以及模具、閥門等進行腐蝕、沖蝕和磨損后的激光熔覆修復(fù)常用激光熔覆材料介紹

自熔性合金粉末：自熔性合金粉末可分為鎳基自熔合金、鈷基自熔合金、鐵基自熔合金，其主要特點是含有硼和硅，因而具有自我脫氧和造渣的性能，即所謂自熔性。

其中，以鎳基材料應(yīng)用最多，與鈷基材料相比，其價格便宜碳化物復(fù)合粉末：碳化物復(fù)合粉末系由碳化物硬質(zhì)相與金屬或合金作為粘結(jié)相所組成的粉末體系。這類粉末中的粘結(jié)相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解，特別是經(jīng)預(yù)合金化的碳化物復(fù)合粉末，能獲得具有硬質(zhì)合金性能的涂層。自粘結(jié)復(fù)合粉末：自粘結(jié)復(fù)合粉末是指在熱噴涂過程中，由于粉末產(chǎn)生的放熱反應(yīng)能使涂層與基材表面形成良好結(jié)合的一類熱噴涂材料，其最大的特點是具有工作粉和打底粉的雙重功能。氧化物陶瓷粉末：氧化物陶瓷粉末具有優(yōu)良的抗高溫氧化能力，還有隔熱、耐磨、耐蝕等性能，是一類重要的熱噴涂材料，也是目前極受重視的激光熔覆材料。激光熔覆材料牌號目前沒有統(tǒng)一標準,都是各個廠家自己編定。

激光熔覆工藝適用行業(yè)范圍及產(chǎn)品用戶涉及冶金、石化、船舶、電力、機械、液壓、化工、模具等行業(yè)可對大型轉(zhuǎn)動設(shè)備重要零部件如軸、葉片、輪盤、曲軸、泵軸、齒軸以及模具、閥門等進行腐蝕、沖蝕和磨損后的激光熔覆修復(fù)激光熔覆工藝激光熔覆按熔覆材料的供給方式可分為兩大類，即預(yù)置式激光熔覆和同步式激光熔覆預(yù)置式激光熔覆是將熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉、絲、板的形式加入，其中以粉末的形式最為常用。同步式激光熔覆則是將熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同時完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用線材或板材進行同步送料。預(yù)置式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預(yù)處理---預(yù)置熔覆材料---預(yù)熱---激光熔化---后熱處理。同步式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預(yù)處理---送料激光熔化---后熱處理預(yù)置法是指將待熔覆的合金材料以一定的方法預(yù)先覆蓋在材料的表面,然后采用激光束在覆蓋層表面掃描,使整個合金覆蓋層及一部分基材熔化,激光束離開后熔化的金屬快速凝固而在基材表面形成冶金結(jié)合的熔覆層。粉末鋪設(shè)有刮板式，電鍍、火焰噴涂和等離子噴涂以及粘接劑法等。

電鍍法的最大缺陷是預(yù)置層中含有氫，降低了涂層性能。

火焰和等離子噴涂的最大優(yōu)點是預(yù)置厚度易控制,缺點是受工件形狀限制。

粘接劑法的不足之處在于:熔覆層稀釋率較難控制,且高溫下粘接劑的揮發(fā)易破壞熔覆層的組織和性能。同步法是指采用專門的送料系統(tǒng)在激光熔覆的過程中將合金材料直接送進激光作用區(qū),在激光的作用下基材和合金材料同時熔化,然后冷卻結(jié)晶形成合金熔覆層。這種方法的優(yōu)點是工藝過程簡單,合金材料利用率高,可控性好,容易實現(xiàn)自動化。因此,同步法是激光技術(shù)的首選方法,國內(nèi)外實際生產(chǎn)中采用較多。Whatshouldweneedtodo&howtodo?激光器、熔敷材料都不在我們的研究范圍對于這項技術(shù)的應(yīng)用來講，我們一般主要研究熔敷材料的鋪設(shè)問題，即如何將金屬粉末均勻有效的涂覆在工件的表面。這個問題涉及到兩個方面：1.預(yù)置式：先將粉末鋪在金屬表面然后熔敷；2.同步式：粉末在激光照射的同時以熔融狀態(tài)焊接到金屬表面。送粉器的功能是按照工藝要求向加工部位均勻、準確地輸送粉末，因此送粉器的性能將直接影響著熔敷層的質(zhì)量。不好的送粉性能可以導(dǎo)致熔敷層厚薄不均勻、結(jié)合強度不高等。送粉器屬于激光熔覆技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)。

對于這個技術(shù)的研究，在目前國內(nèi)外的實際應(yīng)用中，有以下幾種：螺桿式、刮板式、鼓輪式流化式螺桿式送粉器

原理：機械力學(xué)組成：螺旋桿、料斗、粉桶、混合器和振動器動作：螺旋桿由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，帶動粉末沿著粉桶內(nèi)壁螺旋槽運動，并輸送到混合器中。混合器中的載流氣體將粉末以流體的形式輸送出去。為了使粉末充滿螺旋槽內(nèi)以便計量精確，在粉斗底部裝有振動器。螺旋桿、料斗、粉桶、混合器處于有載流氣體的密封倉內(nèi)。其送粉量與螺桿的旋轉(zhuǎn)速度成正比，調(diào)節(jié)控制螺桿轉(zhuǎn)動電機的轉(zhuǎn)速，就能精確地控制送粉量。特點：靈敏度高、穩(wěn)定可靠、送粉均勻，但不適用于比重不同的混合粉末和顆粒度相異的粉末。刮板式送粉器原理：機械力學(xué)組成：料斗、轉(zhuǎn)盤、刮板和接粉斗動作：工作時粉末由料斗經(jīng)漏粉孔流到轉(zhuǎn)盤上，形成一個自然堆積角為α的圓臺，α角的大小與合金粉末的材質(zhì)、顆粒度和固態(tài)流動性有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動一周時，轉(zhuǎn)盤上堆積一圈粉末，其橫截面近似等腰梯形。在轉(zhuǎn)盤上方固定一個與轉(zhuǎn)盤表面緊密接觸的刮板，當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時，刮板就會將粉末不斷刮下流人接粉斗，在重力和壓縮空氣的共同作用下，通過輸送管將粉末送出。當(dāng)送粉器結(jié)構(gòu)尺寸和粉末材料確定后，送粉量完全由粉盤的轉(zhuǎn)速決定，那么便可通過控制粉盤的速度來達到在較寬范圍內(nèi)連續(xù)精確調(diào)節(jié)粉量。同時還可通過更換漏粉孔直徑或調(diào)節(jié)孔端面與粉盤之間距，以改變送粉量和轉(zhuǎn)速的關(guān)系使送粉量的調(diào)節(jié)范圍更寬。特點：應(yīng)用非常廣泛，簡單易行。但要求金屬粉末顆粒均勻，流動性較好。對于很細的陶瓷粉末不討適用鼓輪式送粉器自重式鼓輪送粉器載氣式鼓輪送粉器鼓輪式送粉器自重式動作原理：依靠粉末自重并輔以微振輸送粉末。在鼓輪圓周上均勻分布m個容積為v的小槽。鼓輪式送粉器工作時，粉末由料斗經(jīng)漏粉孔靠自重自動流進鼓輪圓周上的小槽內(nèi)，隨著鼓輪的轉(zhuǎn)動小槽內(nèi)的粉末依次從出粉口流出。通過調(diào)節(jié)鼓輪的轉(zhuǎn)速、漏粉孔直徑和漏粉孔與鼓輪間的間隙，就能精確控制送粉量。這種送粉器主要優(yōu)點是：可適用于混合粉的送粉。不會造成不同比重和不同粒度粉末的分層特點：可適用于混合送粉，不會造成不同比重和不同粒度粉末的分層；送粉均勻性不理想，使用受局限，同樣也要求粉末流動性好載氣式動作原理：粉末喂送裝置采用封閉式載氣系統(tǒng)，氣動輸送采用分路輸送，可造成負壓輸送，利于粉末流動和分散；其主體結(jié)構(gòu)采用分體式，粉斗、粉體腔可分離且內(nèi)充平衡氣體，主要部件粉體腔采用整體式結(jié)構(gòu);利用粉輪撥送粉末，送粉均勻易控，且避免了粉末擠壓；微型電機提供動力。在氣動輸送管路設(shè)計上，設(shè)計的輸送氣體分四路進入送粉器，即分別進入粉斗、粉斗與粉體腔之間的落粉通道、落粉腔、軸承座腔。第一路氣體通入粉斗，其作用是在粉斗中存在一定的壓力，從而使粉末易于下落，并且避免粉末回流。第二路氣體送入粉斗與粉體腔之間的落粉通道。第三路直接接落粉腔，這一路最關(guān)鍵，它直接與粉輪撥出的粉末接觸，在落粉腔內(nèi)將粉末分散，形成流體流入輸送橡皮管。第四路氣體通入軸承座內(nèi)腔，保持腔內(nèi)正壓，主要起平衡作用，防止粉輪旋轉(zhuǎn)撥送粉末時粉末進入軸承和外界灰