脉冲频率对激光熔覆层微观组织与性能的影响

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2021.17.012

中国机械工程 ›› 2021, Vol. 32 ›› Issue (17): 2108-2117,2124.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.17.012

脉冲频率对激光熔覆层微观组织与性能的影响

李云峰1，2;石岩1，2

1.长春理工大学机电工程学院，长春，130022
2.科技部光学国际科技合作基地，长春，130022

出版日期:2021-09-10 发布日期:2021-09-28
通讯作者: 石岩（通信作者），男，1972年生，教授、博士研究生导师。研究方向为激光加工技术。发表论文40余篇，授权专利20余项。E-mail：shiyan@cust.edu.cn。
作者简介:李云峰，男，1989年生，博士研究生。研究方向为激光熔覆技术。发表论文9篇，授权专利8项。E-mail：gyhu22@163.com。
基金资助:
国家重点研发计划（2017YFB1104601）

Influences of Pulse Frequency on Microstructure and Properties in Laser Cladding Layers

LI Yunfeng1，2;SHI Yan1，2

1.School of Electromechanical Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun，130022
2.National Base of International Science and Technology Cooperation for Optics，Changchun，130022

Online:2021-09-10 Published:2021-09-28

摘要/Abstract

摘要： 激光熔覆层内粗大的晶粒与硬质析出相会对涂层耐腐蚀性能与耐冲击性能产生不利影响。采用脉冲激光熔覆技术研究了脉冲频率对涂层微观组织及性能的影响。利用扫描电镜形貌表征涂层微观组织，采用高速摄像机与数值仿真方法分析熔池形貌与温度变化；使用显微硬度计、磨损试验机、夏比冲击试验机及电化学腐蚀仪分别对涂层进行硬度、耐磨性、耐冲击性及耐腐蚀性测试。结果表明，涂层组织随脉冲频率的增大而粗化，同时，脉冲激光会使涂层内部析出相数量先减后增；涂层耐磨性随脉冲频率增大而降低，频率为20 Hz时涂层组织细化且存在细小硬质析出相，耐磨性最佳；涂层耐冲击性与耐腐蚀性随脉冲频率增大会先升后降，频率为80 Hz时涂层硬质相数量明显减少，此时具有最佳的耐冲击性与耐腐蚀性。

关键词: 激光熔覆, 脉冲激光, 微观组织, 耐磨性, 耐冲击性, 耐腐蚀性

Abstract: The coarse grains and hard precipitates in the laser cladding layers had adverse effects on the corrosion resistance and impact resistance. The effects of pulse frequency on microstructure and properties of the coating were studied by pulse laser cladding technology. The microstructure of the coating was characterized by scanning electron microscope (SEM)morphology. High speed camera and numerical simulation method were used to analyze the shapes and temperature changes of molten pools. The hardness， wear resistance， impact resistance and corrosion resistance of the coating were tested by microhardness tester， wear tester， charpy impact tester and electrochemical corrosion tester respectively. The results show that the microstructure of the coating coarsens with the increase of pulse frequency. At the same time， the numbers of precipitates in the coating decrease first and then increase. The wear resistance of the coating decreases with the increase of pulse frequency. The wear resistance of the coating is the best because the microstructure of the coating is refined and there are fine hard precipitates at 20 Hz. The impact resistance and corrosion resistance of the coating increase first and then decrease with the increase of pulse frequency. Because the amount of hard phase in the coating decreases obviously at 80 Hz， the coating has the best impact resistance and corrosion resistance.

Key words: laser cladding, pulsed laser, microstructure, wear resistance, impact resistance, corrosion resistance

中图分类号:

TN249

李云峰, 石岩, . 脉冲频率对激光熔覆层微观组织与性能的影响[J]. 中国机械工程, 2021, 32(17): 2108-2117,2124.

LI Yunfeng, SHI Yan, . Influences of Pulse Frequency on Microstructure and Properties in Laser Cladding Layers[J]. China Mechanical Engineering, 2021, 32(17): 2108-2117,2124.

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参考文献

［1］LEPSKI D， BRUCKNER F. Laser Cladding［M］. Amsterdam：Springer， 2009：121-123.
［2］李英男，李铸国，王晓翔，等. 道岔尖轨表面的激光熔覆铁基耐磨涂层及其性能［J］. 中国激光， 2020， 47（4）：402009.
LI Yingnan， LI Zhuguo， WANG Xiaoxiang， et al. Fe-based Wear-resistant Coating on Railroad Switch Prepared Using Laser Cladding Technology and Its Properties［J］. Chinese Journal of Lasers， 2020， 47（4）：402009.
［3］崔宸，武美萍，夏思海. 热处理对42CrMo钢表面激光熔覆钴基涂层性能的影响［J］. 中国激光， 2020， 47（6）：602011.
CUI Chen， WU Meiping， XIA Sihai. Effect of Heat Treatment on Properties of Laser Cladding Cobalt-based Coating on 42CrMo Steel Surface［J］. Chinese Journal of Lasers， 2020， 47（6）：602011.
［4］GUO Huoming， WANG Qian， WANG Wenjian， et al. Investigation on Wear and Damage Performance of Laser Cladding Co-based Alloy on Single Wheel or Rail Material［J］. Wear， 2015， 3（2）：154-159.
［5］何珊珊，于治水，张培磊，等. 亚微米TiC/B4C颗粒对激光熔覆Stellite涂层组织及性能影响［J］. 中国激光， 2019， 46（3）：302010.
HE Shanshan， YU Zhishui， ZHANG Peilei， et al. Effect of Sub-micron TiC/B4C Particle on Microstructures and Properties of Laser Cladded Stellite Coatings［J］. Chinese Journal of Lasers， 2019， 46（3）：302010.
［6］曹俊，卢海飞，鲁金忠，等. WC对激光熔覆热作模具的组织和磨损性能的影响［J］. 中国激光， 2019， 46（7）：702001.
CAO Jun， LU Haifei， LU Jinzhong， et al. Effects of Tungsten Carbide Particles on Microstructure and Wear Resistance of Hot-working Die Prepared via Laser Cladding［J］. Chinese Journal of Lasers， 2019， 46（7）：702001.
［7］任维彬，周金宇，张锁荣，等. K418高温合金叶轮脉冲激光再制造形状与性能控制［J］. 稀有金属材料与工程， 2019， 48（10）：3315-3319.
REN Weibin， ZHOU Jinyu， ZHANG Suorong， et al. Forming and Performance Control of Pulsed Laser Remanufacturing for K418 Alloy Impeller［J］. Rare Metal Materials and Engineering， 2019， 48（10）：3315-3319.
［8］赖境，路媛媛，张航，等. 低热输入脉冲激光修复高温合金液化裂纹研究［J］. 中国激光， 2019， 46（4）：402011.
LAI Jing， LU Yuanyuan， ZHANG Hang， et al. Liquation Cracks in Superalloys Repaired by Low-heat Input Pulsed Laser［J］. Chinese Journal of Lasers， 2019， 46（4）：402011.
［9］FLEMINGS M C. Solidification Processing［M］. New York：Materials Science and Technology， 2006：100-101.
［10］SURESH K K. Analytical Modeling of Temperature Distribution， Peak Temperature， Cooling Rate and Thermal Cycles in a Solid Work Piece Welded by Laser Welding Process［J］. Procedia Materials Science， 2014， 6：821-834.
［11］ZHANG Hui， ZOU Yong， ZOU Zengda， et al. Comparative Study on Continuous and Pulsed Wave Fiber Laser Cladding In-situ Titanium-Vanadium Carbides Reinforced Fe-based Composite Layer［J］. Materials Letters， 2015， 139：255-257.
［12］毛卫民，朱景川，郦剑，等. 金属材料结构与性能［M］. 北京：清华大学出版社， 2008：102-103.
MAO Weimin， ZHU Jingchuan， LI Jian， et al. Structure and Properties of Metallic Materials［M］. Beijing：Tsinghua University Press， 2008：102-103.
［13］胡赓祥，蔡珣，戎咏华. 材料科学基础［M］. 上海：上海交通大学出版社， 2010：115-116.
HU Gengxiang， CAI Xun， RONG Yonghua. Fundamentals of Materials Science［M］. Shanghai：Shanghai Jiao Tong University Press， 2010：115-116.
［14］PEI Changhao， SHI Dong， YUAN Huang， et al. Assessment of Mechanical Properties and Fatigue Performance of a Selective Laser Melted Nickel-base Superalloy Inconel 718［J］. Materials Science and Engineering：A， 2019， 759：278-287.
［15］LI Liu， LI Ying， WANG Fuhui. Influence of Grain Size on the Corrosion Behavior of a Ni-based Superalloy Nanocrystalline Coating in NaCl Acidic Solution［J］. Electrochimica Acta， 2008， 53（5）：2453-2462.

[1]	李燕乐, 潘忠涛, 戚小霞, 崔维强, 陈健, 李方义. 热处理工艺对激光熔覆316L温度场与应力场的影响规律[J]. 中国机械工程, 2024, 35(04): 666-677.
[2]	黄云, 黄建超, 肖贵坚, 刘帅, 林瓯川, 刘振扬. 超疏水表面加工技术及耐磨性能研究进展[J]. 中国机械工程, 2024, 35(01): 2-26.
[3]	高嵩, 孙荧力, 李奇涵, 盈亮, 郝兆朋, 张邦成. 钛合金型材多点三维热拉弯成形工艺及其微观组织演化[J]. 中国机械工程, 2023, 34(24): 2986-2995,3014.
[4]	李时春, 周磊, 周妃四, 孙卓, . 脉冲激光逐层钎焊金刚石镍铬合金工艺研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(05): 543-555，575.
[5]	张岩, 黄传真, 刘含莲. 氮化碳基陶瓷刀具材料的制备与力学性能研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(03): 352-358，368.
[6]	周嘉利, 程延海, 陈永雄, 梁秀兵, 白成杰, 杜望. 激光熔覆工艺参数对铁基双层涂层组织和残余应力的影响[J]. 中国机械工程, 2022, 33(12): 1418-1426，1434.
[7]	范昕, 任思明, 王海新, 蒲吉斌. MoS2/WS2复合薄膜的环境适应性和摩擦学性能[J]. 中国机械工程, 2022, 33(12): 1468-1476.
[8]	仲杨, 秦晓波, 郑志镇, 李建军, 王承. 石化容器用2.25Cr-1Mo-0.25V钢的CMT电弧熔丝增材制造工艺及组织性能研究[J]. 中国机械工程, 2022, 33(10): 1251-1259.
[9]	许明三, 周春辉, 张正, 曾寿金, . 激光熔覆过程中的粉、气、光耦合温度场[J]. 中国机械工程, 2022, 33(01): 70-77.
[10]	杨晓龙, 唐煜, 朱荻. 面向薄膜沸腾传热的仿生拓扑表面毛细传输研究[J]. 中国机械工程, 2021, 32(23): 2799-2807.
[11]	申宏卓, 刘元铭, 刘延啸, 王涛, 刘燕萍, . Mg/Al复合板波纹轧模拟及变形区微观组织演变分析[J]. 中国机械工程, 2021, 32(22): 2731-2738.
[12]	姜德政, 胡军, 钟恒, 王洪光, 宋屹峰, 袁兵兵, . 一种滚动密封爬壁机器人的安全吸附条件与运动特性分析[J]. 中国机械工程, 2021, 32(22): 2757-2764.
[13]	王涛, 朱磊, 唐杰, 王浩, 吴军. 双送粉激光熔覆CoCrAlSiY/YSZ梯度涂层微观组织及热振性能[J]. 中国机械工程, 2021, 32(15): 1854-1860.
[14]	张天理, 武雯, 于航, 林三宝, 栗卓新. 合金元素对高强钢焊缝金属贝氏体形成及力学性能影响的研究进展[J]. 中国机械工程, 2021, 32(14): 1743-1756.
[15]	李方义, 戚小霞, 李燕乐, 王黎明, 杜际雨, 许京伟, 孟晓宁. 盾构机关键零部件再制造修复技术综述[J]. 中国机械工程, 2021, 32(07): 820-831.

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