粉末是激光熔覆工艺中的核心材料,其选择对最终熔覆层的性能有着决定性影响。根据专业知识库资料,粉末选择主要通过以下几个方面影响熔覆性能:

1. 粉末粒度的影响

  • 微观组织结构:粉末粒度直接影响熔池流动性和热传导效率。细小粉末(如15-45μm)具有更大的比表面积,能提供更多的成核位点,促进晶粒细化,形成更均匀致密的微观结构。

  • 力学性能:研究显示,随着粉末粒度减小,304L不锈钢熔覆层的硬度、抗拉强度和屈服强度均有所提高,延伸率也呈现类似趋势,但存在一个最优粒度使硬度达到最大值。

  • 熔化行为:细粉末熔化过程更均匀,能更快吸收激光能量;粗粉末可能导致熔化不均匀,产生未熔合区域或气孔缺陷。

2. 粉末形态与质量特性

  • 球形度:高球形度粉末流动性好,铺粉均匀,有利于获得一致的熔覆层厚度和质量。

  • 粉末纯度:低氧含量的粉末可减少氧化物夹杂,提高熔覆层的致密度和力学性能。

  • 粒度分布:窄的粒度分布能确保熔化行为一致性,避免因不同粒度颗粒熔化速率不同导致的缺陷。

  • 流动性:良好的流动性对自动送粉系统至关重要,直接影响熔覆过程的稳定性和涂层均匀性。

3. 粉末成分与合金设计

  • 基础材料选择:常用的铁、镍、钴、铝等基础粉末具有不同的熔点、硬度、耐磨性和耐腐蚀性,需根据应用环境选择。

  • 合金元素添加:添加钼、钛等元素可显著提高熔覆层的高温性能和耐腐蚀性,优化特定工况下的服役表现。

  • 多组分粉末:复合粉末或混合粉末可设计出具有梯度功能或特殊性能的熔覆层,满足复杂工况需求。

4. 粉末处理与管理

  • 湿度控制:受潮粉末会降低流动性,导致熔覆过程中的飞溅或多孔缺陷,影响熔覆层质量。

  • 粉末回收:循环使用的粉末会因热循环和氧化而质量下降,需谨慎控制原始粉末与回收粉末的比例(通常建议70%使用过&30%原始)。

  • 存储条件:粉末应在低湿度密封环境中保存,必要时使用干燥剂或在真空烘箱中干燥处理。

实际应用考量

工业应用中,粉末选择需综合考虑:

  • 工件基材与熔覆材料的相容性
  • 服役环境对耐磨、耐蚀、耐高温等性能的要求
  • 工艺参数(激光功率、扫描速度等)与粉末特性的匹配
  • 经济成本与性能需求的平衡

合适的粉末选择能显著提升激光熔覆层的质量和性能,延长零部件使用寿命,降低维护成本,是激光熔覆技术成功应用的关键因素之一。