激光熔覆技術(shù)在飛機(jī)上的應(yīng)用

激光由于其高方向性，亮度，單色性和相干性而被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。隨著功率密度和加熱時間的不同，激光可以實現(xiàn)不同的加工目的，如表面熱處理，表面重熔，合金化，包覆，焊接，切割，沖壓，表面沖擊強(qiáng)化等。激光加工表面改性技術(shù)已應(yīng)用在飛機(jī)結(jié)構(gòu)和航空發(fā)動機(jī)制造領(lǐng)域。我國使用激光熔覆技術(shù)熔鑄航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冠部、渦輪導(dǎo)向器，成功恢復(fù)了損傷件的形狀、尺寸和性能。近些年來，隨著新機(jī)的快速裝備，鈦合金和復(fù)合材料已成為我軍現(xiàn)役飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料，它也必將在飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理領(lǐng)域扮演重要角色。金密激光有限公司也致力于激光熔覆設(shè)備的研發(fā)。

激光表面重熔技術(shù)

應(yīng)用比激光表面淬火更高的激光功率密度照射金屬表面會使表層金屬熔化，光斑移動后，基體金屬吸熱使熔池內(nèi)金屬液體迅速固化，形成強(qiáng)烈激冷的具有極細(xì)晶粒和過飽和固溶體顯微組織，由于細(xì)晶強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的作用，可以明顯提高材料表面的硬度、耐磨性。研究表明，通過重熔，鋁合金的硬度可以提高30%~100%，這是工藝最簡單的激光加工技術(shù)，但是強(qiáng)化的幅度有限。對于承受交變載荷的飛機(jī)結(jié)構(gòu)鋁合金型材、板材，激光重熔后必然存在的過熱層的疲勞品質(zhì)是決定結(jié)構(gòu)使用壽命的關(guān)鍵，因此，在進(jìn)入工程應(yīng)用前須以試驗驗證激光重熔對材料疲勞性能的影響。

激光表面熔覆技術(shù)

激光表面包層是金屬基材表面上的金屬，合金或陶瓷粉末的預(yù)涂層。在激光重熔過程中，控制能量輸入?yún)?shù)以在加入層完全熔化后使基板和基板冶金組合微熔化，從而獲得具有所需性能的外部包層。

與激光表面合金化相比，該工藝避免了基板的過度熔化并且保持了包層中材料的性質(zhì)和功能。該方法于1981年成功應(yīng)用于大型客機(jī)發(fā)動機(jī)渦輪葉片，受到廣泛關(guān)注，成為國內(nèi)外激光表面改性的研究熱點之一。鋁合金材料硬度低，在其表面包層硬質(zhì)耐磨層尤為顯著。然而，難點在于鋁合金具有高導(dǎo)熱率和低熔點。然而，包覆層的熔點通常遠(yuǎn)高于鋁合金基體的熔點，因此難以形成具有低稀釋度和穩(wěn)定性能的合金層。已經(jīng)證明，通過嚴(yán)格控制激光工藝參數(shù)，可以實現(xiàn)需要功能和特性的合金表面層。豐田已將發(fā)動機(jī)氣門座椅從原來的馬賽克結(jié)構(gòu)改為直接覆層，使閥座的耐磨性，潤滑性，導(dǎo)熱性等大大提高。在國外，激光熔覆不僅用于表面改性，還用于機(jī)械部件的修復(fù)。對于機(jī)械零件的表面磨損和腐蝕損壞，可以通過激光多層包層恢復(fù)尺寸和形狀。