激光熔覆简介

（一）激光熔覆技术激光熔覆技术是激光材料表面处理的一种，最早的激光熔覆技术专利是由Gnanamuthu于 1974 年底提出申请的。激光熔覆技术（Laser cladding）也称近形技术（Laser Engineering Net Shape: LENS）或激光直接粉末沉积技术（Direct Laser Powder Deposition: DLPD）。激光熔覆的目的就是在基体材料表面生成具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀、热障碍等的功能层。以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层。从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。从当前激光熔覆的应用情况来看，其主要应用于两个方面：一，对材料的表面改性，如燃汽轮机叶片，轧辊，齿轮等；二，对产品的表面修复，如转子，模具等。有关资料表明，修复后的部件强度可达到原强度的90%以上，其修复费用不到重置价格的1/5，更重要的是缩短了维修时间，解决了大型企业重大成套设备连续可靠运行所必须解决的转动部件快速抢修难题。另外，对关键部件表面通过激光熔覆超耐磨抗蚀合金，可以在零部件表面不变形的情况下大大提高零部件的使用寿命；对模具表面进行激光熔覆处理，不仅提高模具强度，还可以降低2/3的制造成本，缩短4/5的制造周期。三、修复，比如一根曲轴出现了裂痕，在以前是要报废的。但是用激光熔覆就可以修复。四、节约成本，比如在钢上熔覆上钛合金可以使得工件达到钛的性能又可以减少工件的价格。熔覆材料：目前应用广泛的激光熔覆材料主要有：镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料。其中，又以镍基材料应用最多，与钴基材料相比，其价格便宜。熔覆工艺：激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理-预置熔覆材料-预热-激光熔化-后热处理。同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理-送料激光熔化-后热处理。按工艺流程，与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。（二）激光热处理从装备上讲，去除铺粉或者送粉装置的激光熔覆设备调整功率密度后，就可以实现激光热处理工艺。激光热处理是一种表面热处理技术，即利用激光加热金属材料表面实现表面热处理。激光加热具有极高的功率密度，即激光的照射区域的单位面积上集中极高的功率。由于功率密度极高，工件传导散热无法及时将热量传走，结果使得工件被激光照射区迅速升温到奥氏体化温度实现快速加热。当激光加热结束，因为快速加热时工件基体大体积中仍保持较低的温度，被加热区域可以通过工件本身的热传导迅速冷却，从而实现淬火等热处理效果。激光淬火效果：激光淬火层的硬度分布曲线激光淬火层的硬度分布 激光淬火技术可对各种导轨、大型齿轮、轴颈、汽缸内壁、模具、减振器、摩擦轮、轧辊、滚轮零件进行表面强化。适用材料为中、高碳钢，铸铁。激光淬火的应用实例：激光淬火强化的铸铁发动机汽缸，其硬度提高HB230提高到HB680，使用寿命提高23倍。（二）工业激光器应用概况目前应用广泛的有CO2激光器，固体激光器。CO2激光器是应用最广、种类最多的一种激光器，在汽车工业、钢铁工业、造船工业、航空及宇航业、电机工业、机械工业、冶金工业、金属加工等领域广泛应用。约占全球工业激光器销售额40%，北美更高达70%。CO2激光器是目前输出功率达到最高级区的激光器之一，其主要特点是光束质量高，模式好，相干性好，线宽窄，工作稳定。传统的固体激光器通常采用高功率气体放电灯泵浦，其泵浦效率约为3%到6%。泵浦灯发射出的大量能量转化为热能，需采用笨重的冷却系统，不可消除的热透镜效应使光束质量变差。加之泵浦灯的寿命约为400小时，操作人员需花很多时间频繁地换灯，中断系统工作，使自动化生产线的效率大大降低。与传统灯泵浦激光器比较，二极管泵浦固体激光器提高了转换效率、寿命和光束质量。YAG激光器输出波长为1.06m，较CO2激光波长小1个数量级，因而更适合此类金属的激光熔覆。随着半导体激光技术的发展，出现了直接应用的大功率半导体激光器来进行材料加工。该类型激光器是目前所有激光器中效率最高的，目前其电光转换效率可达到60以上。但是该激光器的光束质量比较差，目前主要应用于激光表面热处理、激光