激光熔覆技术研究现状及展望
王斌修，李成彪
【摘 要】摘要:通过研究激光熔覆技术的现状，综述了激光表面熔覆的特点、工艺方法、材料体系以及当前存在的问题，并展望其应用前景和未来的研究重点。 【期刊名称】机床与液压 【年(卷),期】2013(000)007 【总页数】4
【关键词】关键词:激光熔覆;工艺方法;裂纹
激光熔覆技术是材料表面改性技术中的一种重要方法，它利用高能激光束 (104106W/cm2)，将具有不同成分、性能的材料与基材表面快速熔化、扩展并迅速凝固，形成一层具有特殊物理、化学或力学性能的复合材料，从而获得基体所不具备的性能，如高硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及高温下的抗氧化性等，这种复合材料具备了熔覆材料和基体二者的优势，弥补了相互间的不足。采用该技术可使涂层与基体的结合方式由常规热处理中的机械结合变为冶金结合，从而更能胜任摩擦、磨损条件较为苛刻的场合。
1 激光熔覆技术的优点
与各种常规表面处理技术，如涂料涂层、电镀、堆焊和等离子喷涂等相比，激光熔覆技术具有以下优点:(1)激光能量密度高，加热速度快，熔覆层热影响区小，工件变形小;(2)激光能量密度可调，在确保基材极低稀释率的同时，能够保证熔覆层和基体间呈良好的冶金结合;(3)激光熔覆时，加热、冷却速度快，熔覆层晶粒细小、结构致密，能够获得较高的硬度和良好的耐磨、耐腐蚀性能;(4)光斑照射区域可通过导光系统进行处理，可对工件局部或难加工部位进行选区熔覆;(5)
适用范围广，理论上几乎所有的金属、陶瓷材料都可通过激光熔覆将其熔覆到任何合金上。
2 激光熔覆技术的工艺方法
与激光熔覆相关的工艺主要是材料表面预处理方法、熔覆材料供给方式、预热和后续热处理。熔覆材料供应方法可分为合金同步法与合金前置法。 2.1 合金同步法
合金同步法是指在激光照射基材的同时，通过专门的送料系统将熔覆材料送入激光作用区，使熔覆材料和基材同时熔化，继而冷却结晶形成合金熔覆层。该方法工艺过程简单，易控制和实现自动化，并且熔覆材料利用率高，实际生产中采用较多。文献 ［1］研制了一种适用于垂直面送粉激光表面强化的喷嘴，建立了一套完整的垂直面送粉激光强化系统，并使用该系统进行了垂直面送粉激光强化技术的研究，利用该系统能够确保垂直面送粉各方向的均匀性和激光熔覆熔池的良好惰性气体保护和光束折弯镜片的保护，很好地保证了熔覆层与基体的冶金结合和稀释率的关系。 2.2 合金前置法
合金前置法是将待熔覆的合金材料预先涂敷在材料表面，利用激光照射，使整个合金覆盖层和一薄层基体熔化，待激光束离开后，熔化部分迅速凝固而使得熔覆层和基体间呈冶金结合。该方法工艺过程简单、操作方便，但涂敷层厚度不易控制，很难保证稀释率和结合强度。因其操作过程的简便性，还是得到了许多研究者的喜爱，如文献 ［2］利用合金前置法在45钢表面预先涂敷Ni基WC金属陶瓷涂层，然后采用DL5KWCO2横流激光成套设备对其进行激光熔覆，预置厚度为1 mm，在特定的激光参数下，获得了耐磨性提高约15倍、
耐腐蚀性提高近3倍的熔覆层，并且将该技术应用于抽油泵柱塞上，柱塞寿命提高了3倍以上，应用效果良好。
3 激光熔覆技术的材料
自激光熔覆技术开发应用以来，最初应用和研究最广的涂层材料是自熔性合金材料。随着人们对熔覆涂层的使用要求越来越高，单纯的自熔性合金材料已无法满足要求，于是就出现了复合材料和陶瓷材料。 3.1 自熔性合金材料
自熔性合金材料主要特点是含有硅和硼，所以具有自我脱氧和造渣的性能，即所谓的自熔性。该合金被重熔时，硅和硼分别形成SiO2和B2O2，并在熔覆层表面形成薄膜，该薄膜能防止合金中元素被氧化，并与这些元素的氧化物形成熔渣。自熔性合金粉末分类及其特点见表1［3］。选材时，应根据不同的需求选择不同类型的合金材料。
自熔性合金粉末研发最早且应用最为广泛，文献［4］选用镍基合金，利用激光熔覆技术成功对地损坏了的HL8-4离心压缩机齿轮轴实现了修复。安装运行后发现修复后的齿轮轴各项指标均达到修复前水平，且推力面的硬度还有了进一步的提高。文献［5］选用钴基合金，在H13模具钢表面进行激光熔覆处理，成功制备了钴基合金涂层。涂层与基体间呈良好的冶金结合，硬度和耐磨性得到了显著改善。文献［6］选用铁基合金，采用5 kW横流CO2激光器，在304L不锈钢基体上熔覆了Fe75.5C7.0Si3.3B5.5P8.7非晶涂层。涂层无微观裂纹、夹杂等缺陷，与基体结合良好。涂层的显微硬度呈梯度分布，中部硬度最高，最高硬度为HV441.3，大约是基体硬度的3倍。 3.2 复合材料
激光熔覆技术研究现状及展望
