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。

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。

激光熔覆技術(shù)的工藝特點(diǎn)

激光熔覆按送粉工藝的不同可分為兩類：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），屬于快速凝固過程，容易得到細(xì)晶組織或產(chǎn)生平衡態(tài)所無法得到的新相，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）工藝過程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。很適合油田常見易損件的磨損修復(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)生的快速熔凝過程，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)，收到世界各國科學(xué)界和企業(yè)的高度重視。

激光熔覆效果的評(píng)價(jià)

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)元素的種類和分布，注意分析過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)用面臨的主要問題是：

（1）激光熔覆技術(shù)在國內(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）光熔敷過程的檢測(cè)和實(shí)施自動(dòng)化控制。

（3）激光熔覆層的開裂敏感性，仍然是困擾國內(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。

激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用

激光熔覆加工技術(shù)的適用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，幾乎可以覆蓋整個(gè)機(jī)械制造業(yè)。

目前已成功開展了在不銹鋼、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、鎳基和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。

下面是激光熔覆技術(shù)的幾處典型應(yīng)用：

1、礦山設(shè)備及其零部件的制造與再制造

礦山煤機(jī)設(shè)備用量大、磨損快，由于其工作環(huán)境惡劣，零部件損壞速度比較快。激光制造與再制造的煤機(jī)設(shè)備零部件包括：三機(jī)一架。

（1）采煤機(jī)：主機(jī)架、搖臂、齒輪、齒輪軸、各種襯套、鉸接架、油缸、油缸座、導(dǎo)向滑靴、鏈輪、銷軌輪、驅(qū)動(dòng)輪、截齒等。

（2）掘進(jìn)機(jī)：油缸、支架、軸、各種襯套、截齒等。

（3）刮板運(yùn)輸機(jī)：中部溜槽、過渡槽、齒輪箱體、齒輪、齒輪軸、螺旋傘齒輪、軸類零件等。

（4）液壓支架：油缸、底座和支架等的鉸接孔、各種襯套等。

2、電力設(shè)備及其零部件的制造與再制造

電力設(shè)備分布量大、不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，其零部件的損壞機(jī)率高。汽輪機(jī)是火力發(fā)電的核心設(shè)備，由于高溫高熱特殊的工作條件，每年都需定期對(duì)損傷的機(jī)組零部件進(jìn)行修復(fù)，如主軸軸徑、動(dòng)葉片等。燃?xì)廨啓C(jī)由于其在高達(dá)1300℃的高溫條件下工作，經(jīng)常會(huì)發(fā)生損傷。采用激光再制造技術(shù)將其缺陷全部修復(fù)完好，恢復(fù)其使用性能，費(fèi)用僅為新機(jī)組價(jià)格的1/10。

電機(jī)轉(zhuǎn)子軸激光熔覆

3、石油化工設(shè)備及其零部件的制造與再制造

現(xiàn)代的石化工業(yè)基本上采用都是連續(xù)大量生產(chǎn)模式，在生產(chǎn)過程中，機(jī)器長時(shí)間在惡劣的環(huán)境下工作，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)元件出現(xiàn)損壞，腐蝕、磨損，其中經(jīng)常會(huì)出問題的零部件包括閥門、泵、葉輪、大型轉(zhuǎn)子的軸頸、輪盤、軸套、軸瓦等，而且這些元件十分昂貴，涉及到的零部件種類也有很多，形狀大多數(shù)都很復(fù)雜，修復(fù)起來有一定的難度，但是因?yàn)榧す馊鄹布夹g(shù)的出現(xiàn)，這些問題就都不是問題了。

激光熔覆石油鉆桿、鉆具等硬陶瓷涂層

4、鐵路設(shè)備及其零部件的制造與再制造

鐵路交通運(yùn)輸隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長快速發(fā)展，新造鐵路車輛需求量非常大，對(duì)主要零部件的數(shù)量和性能要求也在增加。再制造技術(shù)作為一種新的資源再利用技術(shù)，可以應(yīng)用于車輛易磨損零件的再制造。而激光表面強(qiáng)化是再制造的核心技術(shù)和工藝手段，其中激光表面熔覆技術(shù)可以應(yīng)用于再制造零件表面的修復(fù)和強(qiáng)化。

5、其他機(jī)械行業(yè)設(shè)備關(guān)鍵零部件的再制造

其它機(jī)械制造業(yè)的關(guān)鍵零部件的再制造，涉及的行業(yè)包括冶金、石化、礦山、化工、航空、汽車、船舶和機(jī)床等領(lǐng)域，針對(duì)這些領(lǐng)域中的精密設(shè)備、大型設(shè)備、貴重零部件磨損、沖蝕、腐蝕部位，使用激光熔覆加工技術(shù)進(jìn)行修復(fù)和性能優(yōu)化。

激光熔覆的高耐磨性煉鋼連鑄輥

轉(zhuǎn)自：金屬加工

來源：機(jī)械工程師

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