应用探析▕ 高速摄像机在激光熔覆研究中的应用

1.背景介绍

 铝合金因其密度低、导热系数高、加工性能好、力学性能优良等优点而广泛应用于航空、航天、汽车领域。然而，较差的耐磨性和低熔点限制了其进一步的应用，例如在气缸，凸轮中在内燃机、活塞、气门座等场合具有高耐磨性和熔化温度要求。在目前，许多研究人员考虑使用激光熔覆涂层（镍基，铜基和铁基）来实现铝合金表面改性效果。

图1 在红外激光、蓝光激光和红外-蓝色混合激光照射下，AlSi7Mg衬底上包覆纯铜的形成机理

2.研究内容

 采用同轴红外-蓝色混合激光系统在高反射率纯铜包层AlSi7Mg合金基体，以及熔覆样品的熔覆稳定性、熔池尺寸和微观结构通过三种类型的激光源（红外，蓝色及其混合源）进行比较。

 包层实验在UW-B4310M大功率红外混合激光熔覆机上进行，由连续3000W（1064nm）红外激光器、1000W（450nm）蓝色激光器和一套控制软件组成。在实验中，气体雾化纯铜粉的粒径平均尺寸为120.5μm。氧含量纯粉控制在0.013wt%以下，使用的基材是AlSi7Mg合金，厚度为 1 mm 的预设粉末层。设计并制造了一系列单轨样品在不同的激光源下。所有实验均在氩气的保护下进行。在包层期间过程中，采用采样频率为6800帧每秒千眼狼X113高速摄像机对熔池进行拍摄。

图2 AlSi7Mg基板上激光熔覆纯铜合金的顶面和横截面形态：红外激光（a-c）、蓝色激光（d-f）和混合激光（g-i）

3.研究结论

 高反射率材料的包覆中采用了三种类型的激光源（红外、蓝色及其混合光源）（AlSi7Mg基板上的纯铜合金）。我们验证了同轴红外-蓝色混合激光器可以补偿高功率红外激光器和低功率密度蓝色激光器，其在覆层中带来成型稳定性和更大的熔池尺寸铝基板上的高反射率。相比一种高功率红外激光器，可轻松产生更大的孔隙和易于球化的低功率蓝色激光，混合激光器产生的样品具有较小的孔。此外，在混合激光熔覆过程中，热量堆积更明显，导致冷却速度变慢和较粗的微观结构。这项工 作 证实了红外-蓝色混合的激光在包覆高反射率材料（例如铜、金、铝等）中，可以扩展到其他应用，例如增材制造、焊接、热处理等。

图3 红外激光照射（a1-a4）和红外-蓝色混合激光照射（b1-B4）;红外激光照射（C1-C5）、蓝色激光下不同激光熔覆工艺下纯铜合金熔池演化时间序列快照辐照（D1-D5）和混合激光辐照（E1-E5）。

4.行业应用总结

 高速摄像机拍摄激光加工场景除了需要高帧率，还需要一些特殊的补光手段，根据不同相机设备对不同波段的响应效率，制定拍摄方案。千眼狼®高速摄像机在激光覆熔、激光焊接、激光空化、激光强化等研究领域积累了丰富的经验和大量的案例，欢迎咨询！（文章摘自Huihui Yang《Stable cladding of high reflectivity pure copper on the aluminum alloy substrate by an infrared-blue hybrid laser》）。