應用探析▕ 高速攝像機在激光熔覆研究中的應用
1.背景介紹
鋁合金因其密度低、導熱系數高、加工性能好、力學性能優良等優點而廣泛應用于航空、航天、汽車領域。然而，較差的耐磨性和低熔點限制了其進一步的應用，例如在氣缸，凸輪中在內燃機、活塞、氣門座等場合具有高耐磨性和熔化溫度要求。在目前，許多研究人員考慮使用激光熔覆涂層（鎳基，銅基和鐵基）來實現鋁合金表面改性效果。
圖1 在紅外激光、藍光激光和紅外-藍色混合激光照射下，AlSi7Mg襯底上包覆純銅的形成機理
2.研究內容
采用同軸紅外-藍色混合激光系統在高反射率純銅包層AlSi7Mg合金基體，以及熔覆樣品的熔覆穩定性、熔池尺寸和微觀結構通過三種類型的激光源（紅外，藍色及其混合源）進行比較。
包層實驗在UW-B4310M大功率紅外混合激光熔覆機上進行，由連續3000W（1064nm）紅外激光器、1000W（450nm）藍色激光器和一套控制軟件組成。在實驗中，氣體霧化純銅粉的粒徑平均尺寸為120.5μm。氧含量純粉控制在0.013wt%以下，使用的基材是AlSi7Mg合金，厚度為 1 mm 的預設粉末層。設計并制造了一系列單軌樣品在不同的激光源下。所有實驗均在氬氣的保護下進行。在包層期間過程中，采用采樣頻率為6800幀每秒千眼狼X113高速攝像機對熔池進行拍攝。
圖2 AlSi7Mg基板上激光熔覆純銅合金的頂面和橫截面形態：紅外激光（a-c）、藍色激光（d-f）和混合激光（g-i）
3.研究結論
高反射率材料的包覆中采用了三種類型的激光源（紅外、藍色及其混合光源）（AlSi7Mg基板上的純銅合金）。我們驗證了同軸紅外-藍色混合激光器可以補償高功率紅外激光器和低功率密度藍色激光器，其在覆層中帶來成型穩定性和更大的熔池尺寸鋁基板上的高反射率。相比一種高功率紅外激光器，可輕松產生更大的孔隙和易于球化的低功率藍色激光，混合激光器產生的樣品具有較小的孔。此外，在混合激光熔覆過程中，熱量堆積更明顯，導致冷卻速度變慢和較粗的微觀結構。這項工 作 證實了紅外-藍色混合的激光在包覆高反射率材料（例如銅、金、鋁等）中，可以擴展到其他應用，例如增材制造、焊接、熱處理等。
圖3 紅外激光照射（a1-a4）和紅外-藍色混合激光照射（b1-B4）;紅外激光照射（C1-C5）、藍色激光下不同激光熔覆工藝下純銅合金熔池演化時間序列快照輻照（D1-D5）和混合激光輻照（E1-E5）。
4.行業應用總結
高速攝像機拍攝激光加工場景除了需要高幀率，還需要一些特殊的補光手段，根據不同相機設備對不同波段的響應效率，制定拍攝方案。千眼狼?高速攝像機在激光覆熔、激光焊接、激光空化、激光強化等研究領域積累了豐富的經驗和大量的案例，歡迎咨詢！（文章摘自Huihui Yang《Stable cladding of high reflectivity pure copper on the aluminum alloy substrate by an infrared-blue hybrid laser》）。
標簽：激光熔覆研究
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