激光熔覆

激光熔覆（Laser Cladding）亦稱激光熔敷或激光包覆，它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成冶金結(jié)合的添料熔覆層，可用于金屬材料的表面強化、缺陷修復(fù)。

01  銅上熔覆銅工藝簡介

銅和銅合金由于具備優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，在軍工、冶金、海洋裝備以及航空航天等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這些領(lǐng)域的服役環(huán)境通常比較嚴(yán)苛，因此對銅件的性能提出了更高的要求，例如要求高強度高導(dǎo)電性的電磁炮導(dǎo)軌，要求高耐磨耐熱性的連鑄結(jié)晶器、銅軋輥等。

采用激光熔覆的方法在銅基材表面熔覆一層紫銅或銅合金，可以大大提高銅基材料的耐腐蝕性能、耐磨性能和機械強度，提高其使用壽命。同時，對于在惡劣服役環(huán)境下造成缺陷的銅工件，也可以采用激光熔覆的方法進行修復(fù)再制造。

銅上熔覆銅工藝具有以下優(yōu)點：

01 提高耐腐蝕性能

通過在銅基材料表面覆蓋一層銅或銅合金，可以有效防止氧化和腐蝕，延長材料的使用壽命。

02 提高導(dǎo)電性能

銅是優(yōu)良的導(dǎo)電材料，覆蓋銅層可以提高材料的導(dǎo)電性能，適用于需要良好導(dǎo)電性能的應(yīng)用領(lǐng)域。

03 增強機械強度

覆蓋銅合金層可以增加材料的機械強度和耐磨性，提高材料的耐久性和穩(wěn)定性。

04 修復(fù)表面缺陷

銅上熔覆銅工藝可以用于修復(fù)銅基材料表面的缺陷或損傷，使表面恢復(fù)平整并提高外觀質(zhì)量。

05 適用范圍廣泛

銅上熔覆銅工藝適用于各種形狀和尺寸的銅基材料，可以定制覆蓋層厚度和形狀以滿足不同需求。

06 環(huán)保節(jié)能

相比其他表面處理方法，銅上熔覆銅工藝通常具有較高的能效比和較低的環(huán)境影響，符合環(huán)保要求。

02  銅上熔覆銅工藝難點

對于常規(guī)的1um左右波長的紅外激光而言，采用激光熔覆進行類似銅、鋁或金這類高反金屬的加工時具有很大的挑戰(zhàn)。過低的激光吸收率（~5%）使得必須采用高功率的激光器才能在銅材表面形成熔池，但同時也會造成加工時熔池不穩(wěn)定并產(chǎn)生飛濺，容易形成具有大量孔洞缺陷的低質(zhì)量熔覆層，而紫銅超高的熱導(dǎo)率加劇了這一問題的產(chǎn)生。因此，采用紅外激光難以在紫銅基板上有效形成高質(zhì)量的銅熔覆層。

圖1  吸收率曲線

藍光激光器在銅加工時表現(xiàn)結(jié)果優(yōu)異，可達到高至50%以上的吸收率。因此，采用藍光激光器可以有效解決紫銅表面熔覆的問題。但目前市面上的藍光半導(dǎo)體激光器功率還不高，主要集中在1000~2000W左右，對于一些大尺寸的銅部件的熔覆還難以獲得高效、高質(zhì)量的熔覆效果。

03 廣東硬科院3500W藍光激光器助力銅上熔覆銅工藝

為了解決大尺寸的銅部件的表面熔覆難題，廣東硬科院重磅推出3500W藍光激光器，型號BLD-455-3500。該款激光器的激光束以自由空間的方式輸出，矩形光斑可以直接作用于材料表面，不需要額外的光纖或激光加工頭輸出，電光效率高。激光波長為455±10nm，功率連續(xù)可調(diào)，最大輸出功率高于3500W，可以應(yīng)用于有色金屬熔覆、淬火等領(lǐng)域，更大程度提高加工效率和加工質(zhì)量。

圖2 BLD-455-3500自由輸出藍光半導(dǎo)體激光器

我們采用BLD-455-3500藍光激光器搭建熔覆裝置，同時進行了紫銅基板表面熔覆紫銅粉末的測試。

圖3 BLD-455-3500藍光激光器搭建機器人熔覆裝置

通過「圖4 紫銅熔覆成型樣品」可以看到：無論是單層熔覆還是多層熔覆，該熔覆裝置都能獲得均勻、美觀的熔覆層。

圖4 紫銅熔覆成型樣品

通過「圖5 熔覆層金相」檢測圖，可以看到：熔覆層與基板形成了非常好的冶金結(jié)合，未發(fā)現(xiàn)明顯的未熔合、氣孔、裂紋等缺陷。

圖5 熔覆層金相

04 結(jié)語

得益于廣東硬科院3500W高功率藍光半導(dǎo)體激光器的成功開發(fā)，大尺寸銅部件表面熔覆銅材的難題迎刃而解。采用BLD-455-3500藍光激光器搭建的熔覆裝置可以實現(xiàn)紫銅基板表面紫銅、青銅等銅合金粉末的熔覆，有望為業(yè)界帶來新的機遇。

轉(zhuǎn)自：KCTII硬科院

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