激光熔覆层中的气孔是由于激光熔化过程中有气体存在,而且在快速凝固过程中来不及逸出表面所致。一般多是由于金属中的碳与氧反应或金属氧化物被碳还原所形成的反应气孔。但也存在固体物质的挥发和湿气蒸发等非反应性气孔。但也存在固体物质的挥发和湿气蒸发等非反应性气孔。气孔的存在容易成为裂纹萌生和扩展的聚集地,因此控制熔覆层内的气孔也将是防止熔覆层裂纹的重要措施之一。
裂纹产生的原因
熔覆过程中,高能激光束快速加热使熔覆层与基材产生很大的温度梯度。在随后的冷却中,熔覆层与基材的体积不一致,相互牵制,产生应力。
激光熔覆层中共晶组织和熔覆层底部粗大的树枝晶在生长过程中,由于枝晶偏析的存在,造成晶间弱化,裂纹往往也是沿着它们的晶界开裂扩展。
气孔的控制主要从两个方面考虑:
一是采取防范措施限制气体来源,如粉末在使用前烘干去湿、激光熔覆过程中采用惰性气体保护熔池。
二是调整工艺参数,减缓熔池冷却结晶速度以利于气体的溢出。
激光熔覆过程中升温快,冷却速度高,熔覆层热应力大,裂纹敏感性强,易产生裂纹。
抑制裂纹生成的主要方法有:
其一是采用预热和缓冷来减少裂纹生成的可能性和松驰应力。预热是将基体整体或表面加热到一定的温度,减少熔覆层与基体材料之间温度梯度,缓和热应力的目的。缓冷是防止熔覆层组织(如马氏体)相变而诱发的组织应力。
其二,可设计阶梯熔覆层,在基体材料与表面熔覆层之间选用过渡熔覆层,过渡层性能介于基体材料和表面层材料之间,使熔覆层中应力呈阶梯分布,达到缓和应力减少裂纹产生的目的。