热喷涂和激光熔覆集成设备在高性能表面处理领域的应用
Andreas Wank，Alexander Schwenk，Frank Beck，沈希华
热喷涂技术 Thermal Spray Technology
摘 要：本论文阐述的是将各种不同的热喷涂技术与激光表面加工技术进行组合后通过同一个控制系统进行控制
的新型集成设备。这种集成设备的优势在于某些工业领域应用部件表面不同部位需要通过两种不同的工艺技术进
行处理时，比如沉没辊和发动机叶片。另外，采用激光设备对热喷涂涂层进行后处理并获得更加优异的涂层性能的
应用领域也在不断的扩大，比如将热喷涂的镍基和钛合金涂层通过新型的激光设备进行再次加工，将会得到性能更
加优异的涂层结构。目前最先进的理念是，将热喷涂与激光设备充分地融合在一起，通过更加高效节能的方法获得
性能更加可靠的涂层质量，如对于粉末状的材料来说，用热喷涂的电弧或火焰对喷涂材料进行预热后再准确地注入
激光的熔池内；而针对丝材，则可采用电阻加热的方式对丝材进行预热后再注入激光熔池内。
关键词：热喷涂和激光组合设备；热喷涂；激光熔覆；效率；热喷涂粉末
1．灵活多变的热喷涂和激光熔覆组合啧涂中 心设备方案
热喷涂技术像激光表面处理技术一样在很多的工业领域具有广泛的应用，一般情况下，根据所需要加工的材料、需要达到的结合强度、涂层在工 件边缘部位的稳定性、需要达到的涂层厚度等来决 定所使用的工艺种类 。目前有很多公司既拥有热喷涂设备，同时还拥有激光设备，在同一公司内，这两种设备的利用率通常都相对偏低。在设备的组成 方面，这两种设备有很多通用的组成部分或者只需 要对设备稍微进行改进，就可以同时满足两类设备 运行的条件。在设备所配备的带工艺过程监控性能 的SPS控制系统的基础上加入操作系统(HMI，人机界面)以及由质量流量计控制的气体线路外，其它的辅助设施如送粉器、热交换器、工件运转机构、 喷枪行走机构、抽风除尘系统和喷涂隔音房等完全 可以通用。在GTV公司德国总部LUCKENBACH 市，装配了一套由粉末火焰、超音速火焰、等离子和 电弧喷涂设备与高功率的半导体激光器组成的组 合加工中心(如图1所示)。 (图略)
2．热喷涂和激光技术集成加工中心的优势
2．1应用领域广泛
将热喷涂设备和激光设备进行集成后，其主要 的优势在于提高了设备的利用率。在生产过程中， 有些工件既要通过热喷涂的方式进行加工，同时， 在同一个工件上的某些部位则必须要通过激光技 术进行加工。如果热喷涂和激光为两套独立的设 备，那么，工件在生产过程中在不同工序之间的传 递、装卸、夹具的拆装、校正等等需要大量时问，而 这种集成设备则可以大大节约时间成本。典型的例 子是钢铁行业热镀锌线上的沉没辊和稳定辊以及 航空发动机的部件的生产。
当前，采用超音速喷涂工艺在沉没辊和稳定辊 上喷涂WC／Co(Cr)或WC／WB／Co(Cr)涂层并在涂 层上覆盖特殊封孔剂的工艺是钢铁公司热镀锌生 产线上最关键的技术，只有采用这种工艺后才能生 产出高质量的涂层，并能满足汽车行业需要的高品 质无辊印的镀锌钢板。在生产过程中，采用HVOF 超音速喷涂工艺喷涂热镀锌线上(CGL)镀锌池内钢板导向用稳定辊和沉没辊的辊面，然后在涂层覆盖一层封孔剂以防止锌液渗透涂层对基体造成腐蚀以及锌渣积留在钢板上。通过这样的工艺处理后，可以大大地延长沉没辊和稳定辊的使用寿命同时，沉没辊和稳定辊的轴头和轴套则采用激光堆焊的方式喷涂上铁基合金和铸造碳化钨的组合材料，以延长其使用寿命。
针对航空发动机的部件，有很多需要采用热喷涂和激光熔覆的工艺来对其进行加工，以提高这些部件的使用寿命，如：航空发动机由Ti6Al4V材料制造的进气端叶片采用激光冲击强化(LSP)的方法进行处理，在工件表面产生一定的压应力，从而降低其因疲劳过度而产生裂纹的可能性。由Ti6Al4V材料制造的航空发动机进气端和压缩端叶片的凸台将采用等离子或超音速喷涂工艺喷涂WC／Co(Cr)或Cr C2／NiCr类的硬质合金涂层，从而达到耐磨的目的。采用等离子或电弧工艺在叶片根部钛合金表面喷涂铜镍铟，以防止其与基座产生摩擦磨损和冷焊效应。另外，在航空发动机压缩端的叶片的顶端采用激光钎焊的方式喷涂c—BN和铜基、镍基合金}昆合涂层以获得最小的间隙[5]。
未完
参考文献(略)
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