更新時(shí)間：2020-12-30來(lái)源：網(wǎng)站管理員
激光熔覆技術(shù)是指以不同的填料方式在被涂覆基體表面上放置選擇的涂層材料，經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低并與基體材料成冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、 抗氧化及電器特性等的工藝方法。
激光熔覆技術(shù)是20世紀(jì)70年代隨著大功率激光器的發(fā)展而興起的一種新的表面改性技術(shù)，是指激光表面熔敷技術(shù)是在激光束作用下將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并熔化，光束移開(kāi)后自激冷卻形成稀釋率極低，與基體材料呈冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善基體表面耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的一種表面強(qiáng)化方法[.如對(duì)60#鋼進(jìn)行碳鎢激光熔覆后，硬度最高達(dá)2200HV以上，耐磨損性能為基體60#鋼的20倍左右。在Q235鋼表面激光熔覆CoCrSiB合金后，將其耐磨性與火焰噴涂的耐蝕性進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)前者的耐蝕性明顯高于后者.
激光熔覆技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)效益很高的新技術(shù)，它可以在廉價(jià)金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，降低成本，節(jié)約貴重稀有金屬材料，因此，世界上各工業(yè)先進(jìn)國(guó)家對(duì)激光熔覆技術(shù)的研究及應(yīng)用都非常重視.
應(yīng)用于激光熔覆的激光器主要有CO2激光器和固體激光器（主要包括碟片激光器，光纖激光器和二極管激光器，老式燈泵浦激光器由于光電轉(zhuǎn)化效率低，維護(hù)繁瑣等問(wèn)題已逐漸淡出市場(chǎng)）。對(duì)于連續(xù)CO2激光熔覆，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已做了大量研究.高功率固體激光器的研制發(fā)展迅速，主要用于有色合金表面改性。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，采用CO2激光進(jìn)行鋁合金激光熔覆，鋁合金基體在CO2激光輻照條件下容易變形，甚至塌陷。固體激光器，特別是碟片激光器輸出波長(zhǎng)為1.06μm，較CO2激光波長(zhǎng)小1個(gè)數(shù)量級(jí)，因而更適合此類(lèi)金屬的激光熔覆。
激光熔覆按送粉工藝的不同可分為兩類(lèi)：粉末預(yù)置法和同步送粉法。兩種方法效果相似，同步送粉法具有易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，激光能量吸收率高，無(wú)內(nèi)部氣孔，尤其熔覆金屬陶瓷，可以顯著提高熔覆層的抗開(kāi)裂性能，使硬質(zhì)陶瓷相可以在熔覆層內(nèi)均勻分布等優(yōu)點(diǎn)。
1、激光熔覆具有以下特點(diǎn)：
（1）冷卻速度快（高達(dá)106K/s），屬于快速凝固過(guò)程，容易得到細(xì)晶組織或產(chǎn)生平衡態(tài)所無(wú)法得到的新相，如非穩(wěn)相、非晶態(tài)等。
（2）涂層稀釋率低（一般小于5%），與基體呈牢固的冶金結(jié)合或界面擴(kuò)散結(jié)合，通過(guò)對(duì)激光工藝參數(shù)的調(diào)整，可以獲得低稀釋率的良好涂層，并且涂層成分和稀釋度可控；
（3）熱輸入和畸變較小，尤其是采用高功率密度快速熔覆時(shí)，變形可降低到零件的裝配公差內(nèi)。
（4）粉末選擇幾乎沒(méi)有任何限制，特別是在低熔點(diǎn)金屬表面熔敷高熔點(diǎn)合金；
（5）熔覆層的厚度范圍大，單道送粉一次涂覆厚度在0.2~2.0mm，
（6）能進(jìn)行選區(qū)熔敷，材料消耗少，具有卓越的性能價(jià)格比；
（7）光束瞄準(zhǔn)可以使難以接近的區(qū)域熔敷；
（8）工藝過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
很適合油田常見(jiàn)易損件的磨損修復(fù)。
2、激光熔覆與激光合金化的異同
激光熔覆與激光合金化都是利用高能密度的激光束所產(chǎn)生的快讀熔凝過(guò)程，在基材表面形成于基體相互融合的、具有完全不同成分與性能的合金覆層。兩者工藝過(guò)程相似，但卻有本質(zhì)上的區(qū)別，主要區(qū)別如下：
（1）激光熔覆過(guò)程中的覆層材料完全融化，而基體熔化層極薄，因而對(duì)熔覆層的成分影響極小，而激光合金化則是在基材的表面熔融復(fù)層內(nèi)加入合金元素，目的是形成以基材為基的新的合金層。
（2）激光熔覆實(shí)質(zhì)上不是把基體表面層熔融金屬作為溶劑，而是將另行配置的合金粉末融化，使其成為熔覆層的主題合金，同時(shí)基體合金也有一薄層融化，與之形成冶金結(jié)合。激光熔覆技術(shù)制備新材料是極端條件下失效零部件的修復(fù)與再制造、金屬零部件直接制造的重要基礎(chǔ)，收到世界各國(guó)科學(xué)界和企業(yè)的高度重視。
激光熔覆技術(shù)是—種涉及光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)、材料、物理、化學(xué)等多門(mén)學(xué)科的跨學(xué)科高新技術(shù)。它由上個(gè)世紀(jì)60年代提出，并于1976年誕生了第一項(xiàng)論述高能激光熔覆的專(zhuān)利。進(jìn)入80年代，激光熔覆技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，結(jié)合CAD技術(shù)興起的快速原型加工技術(shù)，為激光熔覆技術(shù)又添了新的活力。
已成功開(kāi)展了在不銹鋼、模具鋼、可鍛鑄鐵、灰口鑄鐵、銅合金、鈦合金、鋁合金及特殊合金表面鈷基、鎳基、鐵基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。激光熔覆鐵基合金粉末適用于要求局部耐磨而且容易變形的零件。鎳基合金粉末適用于要求局部耐磨、耐熱腐蝕及抗熱疲勞的構(gòu)件。鈷基合金粉末適用于要求耐磨、耐蝕及抗熱疲勞的零件。陶瓷涂層在高溫下有較高的強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性高，適用于要求耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化性的零件。在滑動(dòng)磨損、沖擊磨損和磨粒磨損嚴(yán)重的條件下，純的鎳基、鈷基和鐵基合金粉末已經(jīng)滿足不了使用工況的要求，因此在合金表面激光熔覆金屬陶瓷復(fù)合涂層已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，已經(jīng)進(jìn)行了鋼、鈦合金及鋁合金表面激光熔覆多種陶瓷或金屬陶瓷涂層的研究。
激光熔覆的應(yīng)用主要在兩個(gè)方面，即耐腐蝕（包括耐高溫腐蝕）和耐磨損，應(yīng)用的范圍很廣泛，例如內(nèi)燃機(jī)的閥門(mén)和閥座的密封面，水、氣或蒸汽分離器的激光熔覆等。
同時(shí)提高材料的耐磨和耐腐蝕性，可以采用Co基合金（如Co-Cr-Mo-Si系）進(jìn)行激光熔覆。基體中物相成份范圍中Co3Mo2SI硬質(zhì)金屬間相的存在可保證耐磨性能，而Cr則提供了耐腐蝕性。
評(píng)價(jià)激光熔覆層質(zhì)量的優(yōu)劣，主要從兩個(gè)方面來(lái)考慮。一是宏觀上，考察熔覆道形狀、表面不平度、裂紋、氣孔及稀釋率等；二是微觀上，考察是否形成良好的組織，能否提供所要求的性能。此外，還應(yīng)測(cè)定表面熔覆層化學(xué)元素的種類(lèi)和分布，注意分析過(guò)渡層的情況是否為冶金結(jié)合，必要時(shí)要進(jìn)行質(zhì)量壽命檢測(cè)。
研究工作的重點(diǎn)是熔覆設(shè)備的研制與開(kāi)發(fā)、熔池動(dòng)力學(xué)、合金成分的設(shè)計(jì)、裂紋的形成、擴(kuò)展和控制方法、以及熔覆層與基體之間的結(jié)合力等。
激光熔敷技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用面臨的主要問(wèn)題是：
①激光熔覆技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚未完全實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的主要原因是熔覆層質(zhì)量的不穩(wěn)定性。激光熔覆過(guò)程中，加熱和冷卻的速度極快，最高速度可達(dá)1012℃/s.由于熔覆層和基體材料的溫度梯度和熱膨脹系數(shù)的差異，可能在熔覆層中產(chǎn)生多種缺陷，主要包括氣孔、裂紋、變形和表面不平度.
②光熔敷過(guò)程的檢測(cè)和實(shí)施自動(dòng)化控制。
③激光熔覆層的開(kāi)裂敏感性，仍然是困擾國(guó)內(nèi)外研究者的一個(gè)難題，也是工程應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化的障礙，雖然已經(jīng)對(duì)裂紋的形成擴(kuò)進(jìn)行了研究，但控制方法方面還不成熟。
進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來(lái)，激光熔覆技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，已成為國(guó)內(nèi)外激光表面改性研究的熱點(diǎn)。激光熔敷技術(shù)具有很大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造與維修、汽車(chē)制造、紡織機(jī)械、航海與航天和石油化工等領(lǐng)域。
激光熔覆技術(shù)已經(jīng)取得一定的成果，正處于逐步走向工業(yè)化應(yīng)用的起步階段。今后的發(fā)展前景主要有以下幾個(gè)方面：
（1）激光熔覆的基礎(chǔ)理論研究。
（2）熔覆材料的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。
（3）激光熔覆設(shè)備的改進(jìn)與研制。
（4）理論模型的建立。
（5）激光熔覆的快速成型技術(shù)。
（6）熔覆過(guò)程控制的自動(dòng)化。
下一個(gè)：超音速噴涂技術(shù)
