激光熔覆工藝發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

　　激光熔覆( 亦稱激光堆焊) 是指以不同的添加方法在被熔覆的基體上放置選擇的涂層材料，經(jīng)高能密度激光束輻照加熱，使之和基體表面熔化，并快速凝固，從而在基材表面形成與其為冶金結(jié)合的表面涂層的工藝過(guò)程。激光熔覆具有如下優(yōu)點(diǎn)：1) 激光束的能量密度高， 加熱速度快，對(duì)基材的熱影響較小，引起工件的變形??；2) 控制激光的輸入能量，可將基材的稀釋作用限制在極低的程度(一般為2%-8%)，從而保持了原熔覆材料的優(yōu)異性能；3) 激光熔覆涂層與基材之間結(jié)合牢固(冶金結(jié)合)，且熔覆涂層組織細(xì)小。這些特點(diǎn)使得激光熔覆技術(shù)近十年來(lái)在材料表面改性方面受到高度的重視。大面積激光熔覆工藝方法主要有兩種：多道搭接和多層疊加，即從橫向和縱向兩個(gè)方向進(jìn)行的加工處理。多層疊即先在基體上進(jìn)行**次熔覆，然后在熔覆后的涂層上進(jìn)行二次粉末預(yù)置，待粉末干燥后進(jìn)行第二次熔覆，按此方式繼而完成多層熔覆，不同層可以預(yù)置不同的粉末，從而達(dá)到不同的預(yù)期效果。

　　1.1 激光熔覆材料體系

　　(1) 自熔性合金粉末：可分為鎳基自熔合金、鈷基自熔合金和鐵基自熔合金，其主要特點(diǎn)是含有硼和硅，具有自脫氧和造渣能力， 即自熔性。自熔合金的硬度與合金含硼量和含碳量有關(guān)，隨硼、碳含量的增加而提高，這是由于硼和碳與合金中的鎳、鉻等元素形成硬度極高的硼化物和碳化物的數(shù)量增加所致。

　　(2) 碳化物復(fù)合粉末體系：由碳化物硬質(zhì)相與金屬或合金粘結(jié)相組成，主要有(Co、Ni)/WC和(NiCr、NiCrAl) Cr3C2等系列。這類粉末中的粘結(jié)相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解。碳化物復(fù)合粉末作為硬質(zhì)耐磨材料，具有很高的硬度和良好的耐磨性, 其中(Co、Ni)/WC 系適應(yīng)于低溫(<560℃)的工作條件，而(NiCr，NiCrAl)/Cr3C2系適用于高溫工作環(huán)境。此外，(Co、Ni)/WC復(fù)合粉還可與自熔性合金粉末一起使用。

　　(3) 氧化物陶瓷粉末：具有優(yōu)良的抗高溫隔熱、耐磨、耐蝕等性能，主要分為氧化鋁和氧化鋯兩個(gè)系列， 而后者比前者具有更低的熱導(dǎo)率和更好的抗熱震性能，因而廣泛用作熱障涂層材料。

　　1.2 激光熔覆工藝種類

　　激光熔覆的工藝可以分為兩種：一種是激光處理前供給添加材料，即粉末預(yù)置法；另一種是激光處理過(guò)程中同步供給添加材料，即同步送粉法。粉末預(yù)置激光熔覆是將材料事先放置于基體材料表面的熔覆部位，然后采用激光束輻射掃描熔化，熔覆材料可以采用粉末、絲材或板材的形式加入，其中，以粉末的形式*為常用。絕大多數(shù)研究采用粉末預(yù)置方式。預(yù)置涂層式激光熔覆的主要工藝流程為：基體熔覆表面預(yù)處理、預(yù)置涂層材料、預(yù)熱、激光熔化、后熱處理。同步送粉式激光熔覆是將熔覆材料直接送入激光束中，使供料和激光熔覆同時(shí)完成。熔覆材料的加入方法主要是以粉末的形式送入，有時(shí)也會(huì)采用線材和板材的形式進(jìn)行同步送料。對(duì)于熔覆面積比較大的零件可采用同步送粉法。此種方法送粉量可以調(diào)節(jié)，同步送粉器可以連續(xù)工作，因而熔覆效率高，適用于實(shí)際生產(chǎn)中大批零件的表面激光熔覆。同步送粉式激光熔覆的主要工藝流程為：基體熔覆表面預(yù)處理、送料激光熔化、后熱處理。