激光熔覆成形技术及其在汽车工业中的应用

1、激光熔覆成形技术的研究进展1基本概念激光熔覆成形(Lasercladdingforming,LCF)技术集激光技术、计算机技术、数控技术、传感器技术及材料加工技术于一体，是一门多学科交叉的边缘学科和新兴的先进制造技术。该技术把快速原型制造技术和激光熔覆表面强化技术相结合，利用高能激光束在金属基体上形成熔池，将通过送粉装置和粉末喷嘴输送到熔池的金属粉末或事先预置于基体上的涂层熔化，快速凝固后与基体形成冶金结合，根据零件的计算机辅助设计模型，逐线、逐层堆积材料，直接生成三维近终形金属零件。激光熔覆成形系统主要由计算机、粉末输送系统、激光器和数控工作台四部分组成，其原理如图1所示。由于该技术可以直接

2、制造全密度金属零件，从20世纪90年代中期开始，就成为快速成形领域的研究热点和发展方向，具有广阔的应用前景。激光熔覆成形技术在产生后的短短几年内获得了飞速发展，并被冠以不同的名称：如送粉方式的激光工程化近成形(LaserEngineeredNetShaping,LENSTM)直接光制造技术(Directedlightfabrication,DLF)、直接金属沉积(Directmetaldeposition,DMD)、堆积成形制造(Shapedepositionmanufacturing,SDM)激光固结(Laserconsolidation,LC),激光增材制造(Laseradditivema

3、nufacturing,LAMSM),以及粉末预置方式的选择性激光熔化(Selectivelasermelting,SLM开口金属直接激光烧结(Directlasersinteringofmetals,DSM)等，这些技术的原理和加工方法基本相同，将它们统称为激光熔覆成形技术。图1激光熔覆成形原理示意图2激光熔覆成形的特点和研究进展和传统的材料成形方法相比，激光熔覆成形技术具有成形零件复杂、结构优化、性能优良、加工材料范围广泛，柔性化程度高，可实现梯度功能材料的制造、制造周期短、可实现无模近终成形等独特优点，在材料利用率、研制周期和总的制造成本方面均优于铸造和锻造技术，是一种优质、节材、低成本

4、、无污染的先进制造技术。止匕外，激光熔覆成形技术还具有成形零件结构复杂，可加工材料范围广泛，加工时热影响区和基体的变形小等独特的优点，是一种优质、低成本和无污染的先进制造技术，可以广泛应用于复杂零件的直接制造和修复。激光熔覆成形技术可以在无需支撑的条件下成形具有悬臂特征和复杂内腔的零件，使用这种方法成形模具时，可以在制造过程中优化布置模具内部的冷却管道，实现模具特定区域快速冷却以减小零件的变形，提高模具制造精度。在使用激光熔覆成形技术加工零件时，零件的生产周期可以缩短约20%，降低零件成本，提高制造精度。止匕外，激光熔覆成形技术还可以用来加工难熔金属、高温合金和金属间化合物等难加工材料。采用锻

5、造和机加工生产带翼肋的整体性补强飞机结构件时，制造周期长，材料利用率低；若采用激光熔覆成形技术加工，不仅制造周期缩短75%,成本降低20%-30%,而且零件性能可以达到甚至超过铸造和锻造材料的标准。激光熔覆成形技术使用高功率激光进行加工，能量密度高度集中，可以进行难加工材料的成形，加工完成后熔覆材料和基体形成冶金结合，为航空发动机叶片、汽轮机叶片、叶轮，石化行业转子、定子和核阅零件等关键零部件的修复提供了一条崭新的途径。该技术还可以用来修复定向凝固单晶超合金叶片，在降低修复成本的同时而不会降低母材的性能，零件的表面耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能甚至有所提高。2.1 激光熔覆成形技术的发展在激光熔覆

6、成形技术的研究方面，从20世纪70年代开始，随着激光熔覆及相关技术的发展，激光熔覆成形技术逐渐成为激光加工领域的研究热点，获得迅猛发展。在这一时期，国内外的众多研究机构进入该领域，并取得了一系列研究成果，美国的LosAlamos国家实验室、Sandia国家实验室、密执安(Michigan)大学和AeroMet公司等等所取得的研究成果较有代表性。20世纪90年代中期，美国Sandia国家实验室与UnitedTechnologiesPratt&Whitney公司展开合作，利用激光近形制造技术，对多种材料的激光熔覆成形工艺进行研究，制造出锦基超合金、铁合金、不锈钢和H13工具钢等零件，成形零

7、件的性能相对于锻造件在强度和塑性方面均有显著的提高，加工精度在z、y方向达到0.05mm,z方向达到0.38mm,通过改变粉末的成分使零件的不同部位具有不同的成分和性能，实现了零件的梯度功能制造。Sandia还与3M、Honeywell>NASA以及Ford等合作，将激光成形制造技术集成于零件的制造过程中，缩短零件的制造周期，降低零件成本，提高零件的性能。LosAlamos国家实验室开发了采用2kWNd:YAG激光器和五轴数控工作台的DLF系统,在充满氧气的不锈钢手套箱中进行加工，系统中带有粉末回收装置，可以将未熔化的粉末回收，而且还可以输送4种不同成分的粉末实现功能梯度材料的制造，零件

8、的表面粗糙度可以达到10仙m,精度达±0.12mm。AeroMet公司采用激光熔覆成形工艺进行航空铁合金零件的成形制造和修复，该系统内装有自动反馈控制传感器，工作台定位精度为±0.00762cm(3/1000in),可加工长度243.84cm(8ft)、质量为272.154kg(600b珀飞机原型。该公司的制造速率较高，其单层沉积厚度达到4mm,单道沉积宽度达到13mm,可进行较大体积零件的制造，产品达到近终形，且成分和性能己经达到ASTM标准。图5为AeroMet公司的Lasform工艺系统和采用该技术制造的大型零件，零件最大尺寸已达到2400mmX225mmX100mm

9、。茶律TffA嶷飞TIn*斗谶!t振n,田?Aexuiuti£司的Laicnu来物和大中成.府件祖川注入T©金邮池AeroMet公司在2000年3月为波音飞机公司(BoeingCompany)制造了F/A-18日F机翼零件。其生产的Ti-6Al-4V零件Lockheed-MartinF-22支架、波音F/A-18E/F机翼连接板和降落连杆零件已达到航空零件的性能要求。这些激光熔覆成形技术加工的钛合金零件不仅疲劳寿命大大超出传统工艺制造的零件，同时该技术节约材料及切削加工费用，零件成本降低20%40%,生产周期也缩短80%。国内在激光熔覆成形技术方面的研究起步较晚，始于20世

10、纪90年代末,到2000年以后才陆续有文献报道。西北工业大学凝固技术国家重点实验室、中国有色金属研究总院、清华大学、北京航空航天大学和上海交通大学等单位相继开展这方面的研究，并在快速成形理论、工艺、设备和材料等各方面取得阶段性成果。如西北工业大学、中国有色金属研究院和北京航空航天大学已采用不同的合金制成了具有一定形状的激光熔覆成形件，清华大学开发出了应用于激光熔覆成形的同轴送粉系统，并研究了加工过程的闭环控制。西北工业大学在快速成形工艺、快速成形组织的定向凝固及力学性能等方面作了大量的研究工作。近几年来，激光熔覆成形技术在国内发展较快，更多的企业、高校和研究机构购置了大功率激光加工设备，并在激

11、光熔覆成形技术的工艺和应用方面开展了研究工作。具有代表性的激光熔覆装备制造或系统集成的公司主要有深圳大族激光、北京陆合飞虹激光、武汉团结激光、南京煜宸激光和江苏中科四象等。从事激光熔覆技术应用的公司主要有沈阳大陆激光、武钢华工、山东能源、鞍山正发股份、沈阳金研激光、泰安金宸激光、江苏永年激光及大族金石凯等。2.2 激光熔覆成形技术的研究进展随着激光技术的进步和测控技术等学科的发展，激光熔覆成形技术在硬件系统和理论研究等方面获得了迅猛发展，促进了其应用范围的不断扩大和成形质量的日益提高。世界各国研究机构开发的各具特色的熔覆成形系统不断完善，激光熔覆成形组织性能研究、熔覆成形送粉器、粉末喷嘴和检测

12、控制系统、激光、粉末和基体的相互作用及成形组织的外延生长以及柱状晶、等轴晶的转变理论等取得了一定的进展。温度场建模与仿真、熔池温度和形状的检测与控制等方面的工作成为该领域的研究热点。2.2.1 成形组织与性能研究成形零件的性能由其组织决定，而组织取决于熔覆成形材料、工艺参数、熔池的传热、传质和固液界面的冷却速度等，研究激光熔覆成形组织形成机理与特征对于成形零件性能的控制具有重要意义。对激光熔覆成形组织的研究主要以试验研究为主。GRIFFITH等1-2采用LENS工艺对316SS、SS304L不锈钢以及IN625和IN690锲基超合金和H13工具钢等多种材料进行了沉积，研究了工艺参数对性能的影响

13、。试验发现，当激光功率低时，组织较为细小；激光功率高时，由于晶粒长大，获得的组织比较粗大。当激光功率低、扫描速度快时，屈服强度和抗拉强度高。因此，可以通过工艺参数的匹配获得所需的性能。LENS制造的316SS不锈钢屈服强度达到锻造材料的2倍，断后伸长率接近50%。凝固沿着热流方向，从而导致晶粒的生长方向不一。初始的沉积组织发生重熔和粗化，树枝晶的特征不能完整保留下来。BROOKS等对H13钢进行了激光熔覆成形，建立了简单的描述H13钢硬度与热历史关系的动力学模型，并结合LENS的热数据来估计熔覆层的硬度，单道熔覆层的硬度预测与测量结果吻合较好。DINDA等研究了Inconel625合金激光熔覆

14、成形组织在8001200?C的热稳定性。研究发现：柱状晶组织在1000?C以下较为稳定，而在1200?C左右,可见完全再结晶的等轴晶组织。李延民等研究了侧向送粉激光快速成形工艺参数对成形特征的影响，得出了熔覆层厚度和宽度与激光功率、扫描速度以及能量密度之间的关系，并采用神经网络技术对工艺参数进行了优化。席明哲等25研究了激光功率对激光快速成形316L薄壁墙组织和性能的影响，得出了零件抗拉强度和伸长率随激光功率的变化趋势，获得了与常规方法制成的零件性能相当的薄壁墙。HUNT研究了稳态下等轴晶和柱状晶的生长，建立了柱状晶向等轴晶转化(Columnar-to-equiaxedtransition,C

15、ET)的理论模型，同时考虑了形核和长大的影响，得出当等轴晶体积分数小0.66%时，凝固组织为柱状晶，而小49%时为等轴晶，两者之间为柱状晶和等轴晶的混合生长区。G?UMANN等对CMSX-4激光成形凝固显微组织进行了系统的研究，对单晶基体上外延生长定向凝固组织的形成进行了解释。对于给定成分的合金，合金凝固过程中溶质在界面前沿堆积，分布不均匀，当实际温度低于平衡液相温度时，在生长前沿的有限区域内存在连续的过冷区，发生等轴晶的形核。等轴晶的体积分数取决于温度梯度G或凝固速度v。CET还取决于形核率N0和形核过冷度ATn,N0增加和ATn的减少有利于等轴晶区域向高的温度梯度和低的凝固速度端移动。在低

16、v端，枝晶尖端过冷度很小，形核过冷度起决定性作用，过冷度越小，越易形成等轴品；在高v端，等轴晶的体积分数与形核率密切相关，降低形核率可以稳定柱状晶。因此，通过控制工艺参数，就可以实现对凝固显微组织的控制，在重熔的基体上得到外延生长组织。他们对金属激光成形显微组织和工艺参数的关系进行了深入研究，对HUNT的模型进行了修改，建立了组织形成理论模型，得到了局部凝固组织与凝固条件以及凝固条件随工艺参数变化的图谱，得出口_4叫=行;-旅(1)丫|V31n(l尹)十1式中G温度梯度r凝固速度N。一核率中等轴晶体枳分数口.“一材料相关的系数由式（1）可知，等轴晶的体积分数小取决于Gn/v的值。在CMSX-4

17、激光加工中n=3.4,故将G3.4/v的值作为等轴晶和柱状晶转化的判据，为单晶叶片的激光修复提供了理论依据，也使快速定向凝固理论获得了进一步的发展。激光熔覆成形过程中熔池固液界面具有极高的温度梯度，在快速凝固条件下，凝固过程偏离平衡，经典凝固理论中许多平衡条件的假设不再适用，须用快速凝固理论对其做出合理解释，激光熔覆成形非平衡快速凝固理论的研究尚须进步完善。2.2.2 激光熔覆成形温度场模拟由于熔池及其周围的温度梯度和冷却速度对理解凝固材料的组织和性能非常重要，熔覆过程的稳定性在很大程度上也取决于熔池尺寸的精确控制，因此对熔池的模拟愈来愈成为人们竞相追逐的研究热点。该领域的研究主要集中于熔池形

18、状和尺寸和温度的数值模拟和有限元模拟等方面。LONG等对激光直接沉积多道多层零件温度场和应力场进行了初步模拟，但没有反映出材料特性随温度的变化。VASINONTA等建立了薄壁墙激光熔覆成形热、机械模型，对304SS不锈钢激光熔覆成形熔池的形状和残余应力进行了模拟。研究表明：接近自由边界时，熔池的长度减小，而深度显著增加，自由边界处的温度接近或超过熔化温度。在熔池尺寸增加之前降低激光功率可以对熔池深度的控制。VASINONTA等建立了激光熔覆成形薄壁结构的热机械模型，采用两个量纲一的图来描述薄壁高度、激光功率、沉积速度和预热对熔池尺寸和温度梯度的影响。这两个工艺流程图可用于优化形成稳定熔池大小时

19、的工艺参数和过程控制，几何模型如图6所示。假定为点热源，采用绝热边界条件，不考虑对流的影响建立有限元模型，并将模拟熔池大小与试验结果进行对比。得到了量纲一的标量熔池长度（l）与标量基体高度（h）和标量熔化温度（Tm）的关系以及z0方向的标量温度梯度（？T/?z0）与卜和表面温度标量Tt的关系图。实际的熔池长度随v的减小而增大，温度梯度随v的减小而减小，残余应力随温度梯度的减小而减少，基体均匀预热可显著降低等效屈服应力，预热对熔池的长度影响不大，在熔覆短的薄壁墙时，应控制激光功率和扫描速度。由于预热引起的熔池尺寸的增加可以通过适当的降低激光功率或增加扫描速度来克服。因此，可采用熔池长度和温度梯度

20、的工艺流程图进行残余应力和熔池长度最优控制。上述研究通过对激光熔覆热过程的模拟取得，对激光熔覆成形工艺参数的确定和控制具有一定的指导意义。对于同步送粉的三维激光熔覆成形温度场的建模和模拟，成形过程复杂、计算量大，尤其是应力场的三维模型，收敛较为困难，且难以考虑熔池的传质，尚须进一步研究。材料随温度变化的热物性参数仍有待于进一步完善和补充，以反映成形过程的相变。2.2.3 激光熔覆成形检测与控制激光熔覆成形质量受许多因素的影响，如激光系统、送粉系统和数控系统等。要提高激光熔覆成形的质量和精度，必须对这些系统参数进行检测和控制。检测系统主要由嵌入式的视觉系统CCD摄像机、双色温度传感器和位移传感器

21、等组成，一般采用同轴和侧向两种安装方式对凝固过程和熔池进行检测，同轴安装红外热影像系统如图7所示。同轴装置将热成像系统和激光光路结合成为一体，不必在透镜或者送粉喷嘴上安装新的设备，就可以很容易地采用带有特定窄带滤波片的高速数码相机得到零件上熔池和附近区域的热图像。侧向装置的CCD视频相机通过手套箱前侧的窗口进行拍摄，将所拍到图像转换为温度并分色，以决定熔池附近的温度场。检测到的信号通过传感器反馈给计算机，闭环控制系统通过调整工艺参数对熔覆高度、熔池形状和温度分布等进行控制，从而大大降低后处理成本，提高表面精度，获得所需性能。高帧速摄像机帧接收器红外演，光片Nd:YAG激光送粉喷嘀堪体工速诩1卯

22、35。计算机图7闭环控制系统热影像装置密执安大学的DMD闭环反馈控制系统采用采用三个互成120。的传感器对熔覆高度进行控制，这样可以不受熔覆方向对单个传感器的影响，在送至处理器前，将三个传感器输出的信号合成为一路输出信号。当进行多层熔覆时，高度传感器可以“感知”熔覆层的厚度，使每一处的厚度均匀一致，采用多传感器进行高度控制后，零件表面粗糙度降低14%20%,制造周期大大缩短，从而降低精加工成本，如图9所示。清华大学通过传感器来直接监测金属零件的熔覆高度，通过对送粉量的闭环控制来保证制造过程中熔覆高度的稳定性。斯坦福大学和CarnegieMellon大学开发的SDM工艺将分层沉积和CNC铳削加工

23、结合起来加工全密度金属零件。每沉积完一层材料后，用5轴CNC铳床加工至最终尺寸，并采用支撑材料以制造悬臂结构。送粉单元输入1:1#传感器2#传感器3#传感器具有高度控制国9密执安大学的DMD闭环控制系统及高度控制成形实例2.2.4 激光熔覆成形残余应力与裂纹裂纹是激光熔覆成形过程中最常见的致命缺陷，裂纹一旦产生和扩展，就会大大降低零件的使用性能，甚至造成零件的报废。裂纹问题已经成为制约激光熔覆成形技术发展的瓶颈。激光熔覆成形裂纹的产生与工艺因素、组织因素和材料因素等密切相关，影响因素众多，控制难度高，其中最直接的原因是熔覆层残余应力，应力的准确分析对认识和控制激光熔覆成形过程裂纹具有重要的意义

24、。熔覆成形过程的残余应力和变形与温度的分布与累积、基体约束、成形材料、工艺参数及路径等密切相关，检测方法主要有全息钻孔法、X射线衍射和中子衍射等。AGGARANGSI在薄壁墙激光熔覆成形时发现，在接近表面处y方向（沉积方向）的应力较大，x、z方向的应力为零，而在熔覆层内部离表面一定距离处，左右两边z方向的应力为拉伸应力，中间为压缩应力，认为拉伸应力是热收缩和基体约束综合作用的结果。DAI等的研究表明，加工过程温度分布、瞬态应力和残余应力及零件的变形主要取决于激光加工条件和材料的性能，尤其是热导率和热膨胀系数。NICKEL等发现材料熔覆方法和熔覆路径对熔覆翘曲变形影响很大。通过预热和缓冷方法能够

25、限制残余应力引起的翘曲变形。GRIFFITH等采用全息钻孔法测试研究了成形高度达114mm的H13工具钢薄板件靠近基材处的两向残余应力。结果表明：平行扫描方向残余应力以拉为主，垂直扫描方向残余应力以压应力为主，残余应力数值约为材料屈服强度的20%。在开始熔覆阶段，拉应力数值逐渐增大，主要是由于随着热量的不断输入，应力累积效应增大，但其数值与材料屈服强度相比仍比较小。当沉积到一定高度后，两向残余应力数值开始有所回落，逐渐稳定下来，表现为低的拉应力，说明熔覆过程趋于平衡，残余应力基本保持不变。并预测H13工具钢复杂结构中的残余应力整体较低。材料微观组织的变化引起的相变应力能够使残余应力增高。LAB

26、UDOVIC等在进行MONEL400合金的激光多层熔覆时发现，随着熔覆层数的增加出现与扫描速度垂直和平行的裂纹，这主要是由于连续搭接熔覆时残余应力逐步递增的结果，得出试样的预热和后续热处理释放应力可以防止裂纹的产生。从国外激光熔覆成形的情况来看，显然他们对裂纹的控制是比较成功的。但是，由于该技术目前主要面向航空航天等军事领域，技术保密程度高，相关的研究报道很少。国内在这方面的研究也处于起步阶段，对熔覆层裂纹的研究也大都集中于激光熔覆表面强化方面。钟敏霖等对NiCrSiB合金在高功率激光熔覆下的裂纹现象和行为进行了试验研究。发现NiCrSiB合金对裂纹非常敏感，往往出现大量横向宏观裂纹，裂纹主要

27、起源于熔覆层与基体的交界面，裂纹通常向熔覆层扩展而穿过整个熔覆层，多道搭接时，裂纹会向前道和后道横向传递。裂纹的产生与熔覆材料自身的物理特性及凝固特性和凝固组织有关。陈静等采用微观测试分析方法，研究了不锈钢激光快速成形过程中熔覆层的开裂行为及裂纹形成机理。研究结果表明，熔覆层的开裂属于热裂纹范畴，裂纹产生的主要原因是由于凝固温度区间内晶界处的残余液相受熔覆层中的热应力作用所导致的液膜分离的结果。宋建丽等从熔覆材料与基体材料的合理选择与匹配、基体预热、优化工艺参数、熔覆过程引入超声振动及添加稀土元素等方面着手，降低熔覆层温度梯度、改善组织、降低残余应力，对熔覆成形过程裂纹加以控制。李延民等从金相

28、分析和试验研究的角度对激光熔覆成形裂纹的产生原因进行了分析，认为裂纹主要是熔覆组织在凝固过程及后续熔覆时品界处的残余液相受熔覆层中的热应力作用所导致的液膜分离引起的，并从工艺上对裂纹形成的影响因素进行了初步研究，得出中等光斑、低功率、小的粉末送进量，中等扫描速度和适当预热和后续热处理能够有效减小开裂倾向。同时采用人工神经网络技术对工艺参数进行了优化，获得了具有较复杂外形、内部无缺陷的316L不锈钢激光快速成形件。激光熔覆成形和激光熔覆表面强化技术有许多相似之处，裂纹产生的机理有也大致相同，激光熔覆表面强化中许多裂纹的防止方法也可用于激光熔覆成形。但是，由于激光熔覆成形是多层激光熔覆，二者仍有许

29、多不同之处。因此，激光熔覆成形中裂纹的控制方法亦有所区别。还须从开裂机理出发，开发行之有效的裂纹控制方法，促进该技术的进一步发展和工业化应用。3激光熔覆在汽车工业中的应用3.1 在汽车零部件制造上的应用激光熔覆技术因其良好的工艺特性，在汽车零件制造中得到广泛的关注。20世纪80年代开始，美国、日本、俄国、英国以及中国等国家就在汽车工业领域采用激光熔覆技术强化汽车零部件。美国AVCO公司对汽车排气门激光熔覆Stel?lite合金，提高了排气门的耐磨、耐蚀和抗冲击性，达到了节约昂贵合金材料，降低生产成本的目的。Toyota公司在铝合金气缸的气门座处激光熔覆铜基复合材料，通过引擎测试，其高温下的耐磨

30、性和抗冲击性与压入法相比得到了显著提高，而其成本与压入法相比减少了30%。日本尼桑公司在铝基发动机叶片上成功熔覆了一层铜基合金，增强了零件的表面强度，极大的提高了零件的耐磨、耐高温性。俄罗斯利哈乔夫汽车厂的排气阀座经激光熔覆耐热合金后，零件表面硬度提高到原来的35倍，使用寿命是原来的24倍。英国某发动机公司采用激光熔覆技术，在涡轮增压器叶片上熔覆Co基合金得到了无气孔、无裂纹的高性能熔覆层，极大改善了高温耐蚀性，降低加工时间，减少约50%的昂贵合金粉末的消耗。李春华等人使用CO连续激光器对21-4N汽车排气门表面进行了Ni21合金的激光熔覆，经多次试验后发现，使用激光功率为1.82.1kW,扫

31、描速度56mm?s-1,光斑直径4.55mm,预置粉末厚度为12mm的工艺参数熔覆后的材料表面较为平整，工艺稳定，可以满足汽车排气门的批量生产要求。沈阳SIASUN公司对曲轴表面进行了激光熔覆强化，使得零件表面质量得到了显著提高，曲轴的使用寿命也达到原来使用寿命的1倍以上。张杰飞等人对AM60B镁合金汽车轮毂进行了表面激光熔覆后，使得AM60B镁合金汽车轮毂在中性盐雾腐蚀240h后的质量损失减少91.63%,在酸雨全浸腐蚀240h的质量损失率下降93.35%,磨损体积减小71.08%,有效提高了汽车轮毂的耐腐蚀性。3.2 在汽车模具表面强化与修复中的应用激光熔覆技术在汽车工业中的另一重要应用就

32、是该技术在汽车模具表面强化与修复中的应用，一般模具在工作一定时间后表面会因磨损、腐蚀、接触疲劳而导致模具失效，在汽车制造业中普遍存在着模具因过早失效而需要维修或重新制造模具的情况，因此运用激光熔覆技术进行模具修复是延长模具使用寿命的有效方法。汽车覆盖件模具在使用时经常出现拉毛缺陷，严重时约生产1520件就要维修一次，给生产造成相当大的麻烦。因此为了强化汽车覆盖件模具，解决拉毛缺陷，宋启明等人对模具凸、凹模进行了激光熔覆修复，熔覆后的模具表面光滑，无气孔、砂眼产生，工件合格率达到96%以上。刘建永等人采用机器人激光熔覆技术对汽车覆盖件拉深模进行了局部强化，使用Fe40合金先在模具表面熔覆一层后，

33、再使用GXN-65A和XY-27F-X40合金粉末进行分区熔覆，得到了较为良好的工艺效果。在汽车模具中，激光熔覆技术在强化与修复冲压模和热锻模方面也有着较好的应用。冲压模具在工作过程中承受着周期性载荷的冲击与磨损，工作一段时间后表面就会存在严重的凹坑、点蚀。因止匕，为满足冲压模具需要的高硬度、高耐磨以及耐腐蚀等特性，马向东等人对冲裁车用4mm厚、材料是Q235板材结构件的CU2冲裁模具进行了激光熔覆修复。模具的主要失效形式是裂纹和刃口剥落，采用Fe901合金粉末修复后模具硬度虽为HRC54低于淬火基体，但是Fe901熔覆层的磨损量比Cr12基体的磨损量降低多达70%以上，使得模具具有优良的耐磨

34、性。热锻模在工作中需要有较强的抗热疲劳性，一般热锻模在经过几千次使用后就会因表面产生裂纹而不能使用。为提高热锻模具的使用寿命，张春华等人在H13热作模具钢上采用2kW的CO2激光器熔覆Stellitex-40钻基合金，经生产实际考查，采用激光熔覆处理后的H13钢模具使用寿命提高到原来的3倍以上。国内汽车零件使用的热锻模在功率密度为4X103W?cm-2的条件下熔覆48Cr-28Ni-2Al-6C-2Mo合金粉末，熔覆后的模具表面具有高硬度、耐高温、摩擦系数较小以及较好的耐腐蚀性。止匕外，赵洪运等人在热辗锻模具表面应用激光熔覆技术，熔覆添加WC硬质相的Co基合金粉末，熔覆后使得模具寿命提高了5倍

35、以上，为工厂带来了上千万元的经济效益。王顺兴等人在滚动轴承套圈热冲模上激光熔覆含有WC与CeO2的Ni60合金粉末，处理后通过装机试验发现该热冲模的寿命提高到了原来的1倍以上。3.3 在零件再制造中的应用汽车工业领域中，曲轴和变速箱的再制造问题在使用激光熔覆技术后能较好地解决。封慧等人在45钢曲轴连杆轴颈上进行激光熔覆Fe基合金粉末，经磨削加工后，轴颈表面光滑，无裂纹和气孔等缺陷，熔覆层硬度达到了基体的23倍，解决了曲轴在工作过程中轴颈较易出现磨损和裂纹的情况，避免了因此而导致曲轴整体报废的问题。康县锋等人在汽车变速箱再制造过程中，选择材料为20CrMnTi、8620H的齿轮及轴类零件，材料为

36、HT200、HT250等的壳体零件及其他一些材料为40Cr及ZG310-570的零部件，对其采用同步式激光熔覆。激光熔覆修复后的零件在硬度、强度及耐磨性方面均恢复了原零件的服役性能，从根本上解决了废旧零件只能直接报废或回炉处理的现状，是变速器零部件再制造项目中的一项重要表面技术。激光熔覆在发动机气门以及阀座的再制造方面也有着较为广泛的应用。KazuhikoMori等人对废旧的发动机气门表面激光熔覆StelliteNo.32合金与传统的氧乙烘气焊修复方式进行了性能对比。在发动机上测试200h后，激光熔覆气门表面的磨损量是气焊修复后磨损量的1/3,表面腐蚀少，总体性能方面与气焊相比得到了较大提高。王爱华等人采用激光熔覆工艺在发动机排气阀阀门座表面熔覆NiCrBSi和CoCrW自熔合金粉末，与传统的等离子喷涂和真空感应熔焊技术相比，不仅得到了更好的晶粒组织，较小的热影响区，而且使得阀门座表面的耐磨性和耐蚀性提高到了原来的34倍。JArnold26等人采用YAG激光器在