激光熔覆层裂纹产生的原因

激光熔覆是一个快速加热和快速冷却的过程。在短时间内，熔覆材料和基底需要先熔化成液态，再由液态转变成固态。在这个过程中，熔覆层受到外界的约束产生内应力，当内应力超过熔覆层的屈服强度时，就会产生裂纹。裂纹引起的残余内应力主要包括热应力、微结构应力和约束应力，其中热应力对裂纹的影响最大。

 

(1)热应力

由于熔覆层温度与室温有较大的温差，不同材料的热膨胀系数不同，熔覆层的冷却收缩率也不同，收缩率差异产生的应力就是热应力。曾通过模拟多通道激光熔覆的分析表明，激光熔覆过程中熔覆层热胀冷缩，导致熔覆层变形和热应力不一致。

(2)组织应力

在整个激光熔覆过程中，熔覆材料和基体的表面熔化成液态金属，液态金属结晶成固态金属，熔覆层最终冷却凝固，由于微观组织的不均匀转变而产生的内应力。

(3)约束应力

其形成原因有二:一是由于激光熔覆是一个快冷快热的过程，熔池中先熔化的材料受热膨胀，受到周围冷却器基体的约束，产生压应力;其次，在固态冷缩过程中，加热的复合涂层在其他部分受到较冷基体的约束，产生拉应力。研究表明，激光熔覆中韧性远小于脆性引起的拉应力是产生裂纹的主要原因。

审核编辑 黄宇