激光熔覆技術(shù)是近幾十年來迅速發(fā)展起來的一種材料表面改性技術(shù),具有對工作環(huán)境要求低、加工后工件變形小、可獲得高硬度的表面改性層、適合局部區(qū)域和難以接近區(qū)域的加工等許多常規(guī)技術(shù)達不到的優(yōu)良特性,因此,正被越來越多的研究機構(gòu)和企業(yè)所重視。通過激光技術(shù)對刀具表面熔覆一層金屬陶瓷層來改善常規(guī)刀具的性能已經(jīng)得到了一定程度的應(yīng)用。
目前常用的高速鋼刀具一般是整體式,當刃帶磨損后就只能報廢,因此刀具的材料浪費較且制造成本高。采用激光熔覆技術(shù)只需在刀具切刃部位通過預(yù)設(shè)熔覆材料來增強刀具的切削刃帶,因熔覆面積小,可節(jié)省貴金屬材料,從而降低了制造成本。同時熔覆后的刀具切削刃部位具有較高的強度、硬度和耐磨性而又兼有了基體的強韌性,較好地解決了高速鋼刀具硬度和強韌性的矛盾,提高了高速鋼刀具的切削性能。
激光熔覆加工中,主要的問題是熔覆層容易出現(xiàn)裂紋,其主要機理是熔覆層冷卻固化收縮時受到基體的約束而形成內(nèi)應(yīng)力,當局部內(nèi)應(yīng)力超過材料的強度極限時,就會產(chǎn)生裂紋。通過對高速鋼刀具進行預(yù)熱和后熱處理來減少熔覆層與基材間的溫度梯度,以及在合金粉末中加入一些起粘接相作用的成分,如Co、Mo和稀土,Co、Mo的加入可提高合金的潤濕性,有利于降低熔覆層在冷凝過程中的熱收縮應(yīng)力;稀土使合金層的組織晶粒細化、提高韌性,從而減少裂紋的產(chǎn)生。此外,優(yōu)化合金粉末配方與激光工藝參數(shù)已經(jīng)采用納米復(fù)合粉末均可改善熔覆層的性能,減少裂紋傾向。
刀具表面強化處理是提高刀具耐磨性及其使用壽命的重要途徑之一。將激光熔覆技術(shù)的優(yōu)勢和切削加工對高速刀具的使用要求結(jié)合起來,可使高速鋼刀具擁有耐磨、耐熱、耐腐蝕、抗高溫氧化及較高紅硬性等優(yōu)良的切削加工性能。此外在獲得高性能切削刃的同時且兼有基體的強韌性,加工中更好地保護了刀具的切削刃,有效地解決的了高速鋼刀具硬度和韌性的矛盾。在激光熔覆高速鋼刀具的制備中消耗的粉末材料少,降低貴重稀有金屬材料的需求,符合節(jié)能環(huán)保的要求,且工藝過程簡單、所需設(shè)備少,便于實現(xiàn)自動化。隨著現(xiàn)在切削技術(shù)的不斷發(fā)展,可以預(yù)見激光熔覆技術(shù)將會對高速鋼刀具的性能改進產(chǎn)生重要影響。
超高速激光熔覆由德國Fraunhofer ILT 發(fā)明,被譽為當前可替代電鍍技術(shù)最具競爭力的工藝。 ACunity作為Fraunhofer ILT的孵化企業(yè),率先將超高速激光熔覆技術(shù)引進中國市場,與Fraunhofer ILT緊密合作對超高速激光熔覆進行技術(shù)產(chǎn)業(yè)化升級,不斷完善工藝水平,提升其核心部件的功能性,如送粉噴嘴的耐用性、送粉精度、高送粉量、粉末利用率等。由于涂層表面質(zhì)量明顯高于普通激光熔覆,只需要簡單打磨或拋光即可應(yīng)用,因此材料浪費、后續(xù)加工量都大大減少,在成本、效率、及對零件的熱影響上超高速激光熔覆都具有不可替代的應(yīng)用優(yōu)勢。