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激光熔覆技術是(shì)指以不同的(de)填料方式在被塗覆基體表面上放置選擇的塗層材料(liào)，經激光輻照使之和(hé)基體表面一薄層同時熔(róng)化，并快速凝固後形成稀釋度極低并與(yǔ)基體材料(liào)成冶金結合的表面塗層，從而(ér)顯著改善基體材料(liào)表面的耐磨、耐(nài)蝕、耐熱、抗氧化及電(diàn)器特性等的(de)工(gōng)藝方法。結下來西安激光熔覆技術表面處理企業科普電鍍小編(biān)來(lái)和大家聊聊。

激光熔覆技術亦稱激光熔敷(fū)或激光包覆，是一種新的表(biǎo)面改性技術。激光熔覆(fù)的目的就是在基體材料表面生成具有高硬度、耐磨損、耐腐(fǔ)蝕、熱障礙等的功能層。以不同的填料方(fāng)式在被塗覆(fù)基體表面(miàn)上放置選擇的塗層材料，經激光輻照使之(zhī)和基體表面一(yī)薄層同時熔化，并快速凝固後形成稀釋度極(jí)低并與基(jī)體材料成冶金(jīn)結(jié)合的表面塗層。從(cóng)而達到表面改性或修複的目的，既滿足了對材(cái)料表面特定性能的要(yào)求，又節約了大量的(de)貴重元素。與堆(duī)焊、噴塗、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織緻密、塗層與基(jī)體結合好、适合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點，因此激(jī)光熔覆技術應用(yòng)前(qián)景十分廣闊。

激光熔覆通過同(tóng)步或(huò)預置材料的方式，将外部材料添加至基體經激光輻照後形成的熔池中，并使二者(zhě)共同(tóng)快速凝固(gù)形成包覆層。

激光熔覆特點：熔覆層稀釋度低但結合力強，與基體呈冶金結合(hé)，可顯著(zhe)改善基體(tǐ)材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化或電氣(qì)特性，從(cóng)而達到表面改性或(huò)修複的目(mù)的，滿足材(cái)料表面特定性能要求的同時可節(jiē)約大量的材料(liào)成本。與堆焊、噴塗(tú)、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織緻密、塗層與基體結(jié)合好、适合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點(diǎn)，因此激光(guāng)熔覆技術應用前景十分廣闊。

從當前激(jī)光熔覆的應用情況(kuàng)來看，其主要應用于三個方面：一，對(duì)材料(liào)的表面改性，如燃汽輪機葉片，軋輥，齒(chǐ)輪(lún)等；二(èr)，對産(chǎn)品的表面修複(fú)，如轉子，模具等。有關資料表明，修複(fú)後的部件強度可達到原(yuán)強度的90%以上，其修複費用不到重置價格的1/5，更重要的是縮短了維修時間，解決了(le)大型企業重大成(chéng)套設備連續可靠(kào)運行所必須解決(jué)的(de)轉動部件快(kuài)速搶修難題。另外，對關鍵部件表面通過激光熔覆超耐磨抗蝕合(hé)金，可以在零部件表面不變形的情況下大(dà)大提高零部件的使用壽命；對模具表面進行激光熔覆處理，不僅提高(gāo)模具強度，還可以(yǐ)降(jiàng)低2/3的制造(zào)成本，縮短4/5的制造周(zhōu)期。三，激光增材制造(zào)。通過同步送粉或送絲的方式，進行逐層(céng)的激(jī)光熔覆，進而獲得具有三維結構的零部件。該技術又可稱為激(jī)光熔化沉積、激光金屬(shǔ)沉積、激光直接熔化沉積等。

熔覆材料：應用廣(guǎng)泛的激光熔覆(fù)材料主要有：鎳基、钴基、鐵基、钛(tài)合金、銅合金、顆粒型金(jīn)屬(shǔ)基複合材料，陶瓷材料等。

熔覆工藝：激光熔(róng)覆按熔覆材料的(de)供給方式(shì)大概可分為兩大類，即(jí)預置式激光(guāng)熔覆和同(tóng)步式激光(guāng)熔覆。

預置(zhì)式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表(biǎo)面的熔覆部位，然後采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉或(huò)絲形式加入，其(qí)中以粉末的形式.為常用。

同步式激(jī)光熔覆則是将粉末或絲材類熔覆材料經過噴嘴在熔覆過程中(zhōng)同步送入熔(róng)池中。熔覆材料以粉或絲形式加入，其中以粉末(mò)的形式.為常用。

預(yù)置式激光熔覆的(de)主要(yào)工藝流程為：基材熔覆表面預處理---預置熔覆材料---預熱(rè)---激光熔覆---後熱處理。

同步式激光熔覆的(de)主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理(lǐ)---預熱---同步(bù)激光熔覆---後熱處理。

按工藝流程，與激光熔(róng)覆相關的工藝主(zhǔ)要是基材表面預處(chù)理方法、熔(róng)覆材料的供料方法(fǎ)、預熱和後熱處理。

激(jī)光器工作原理：激光(guāng)熔(róng)覆成套設備組成：激光器、冷(lěng)卻機組、送粉機構、加工工作(zuò)台等。

激光器的選用：主(zhǔ)流的激光(guāng)器類型均支持激光熔覆工藝，例如CO2激光器，固體激光器，光纖(xiān)激光器，半導體激光器等。

目前(qián)應用廣泛的有(yǒu)CO2激光器，固體激(jī)光器。CO2激光器是應用.廣、種類.多(duō)的一種激光器(qì)，在汽車工業、鋼鐵工業、造船工業、航空及宇航業、電機工業(yè)、機械工業、冶金工(gōng)業、金屬加工等領域廣泛應用(yòng)。約占全球工業激光器銷售額40%，北美更高(gāo)達70%。CO2激光器是目前(qián)輸出功率達到.高級别的激光器之一，其主(zhǔ)要特點是光束質量高，模式好，相幹性好，線寬(kuān)窄，工作穩定。傳統的固體激光器通(tōng)常采用高功(gōng)率氣體放電燈泵(bèng)浦，其泵浦效率約為3%到(dào)6%。泵浦燈發射(shè)出(chū)的(de)大量能量轉化為熱(rè)能，需采用笨重(zhòng)的冷卻系統，不(bú)可消除的熱透鏡效應使光束質量變差。加之泵浦燈的(de)壽命約為400小時(shí)，操作人員需花很多時間頻繁地換燈(dēng)，中斷系統工作，使自動化生産線的(de)效率大大降低。與傳統燈泵浦激光器(qì)比較，二極管泵(bèng)浦固體激光器提高了轉(zhuǎn)換效(xiào)率、壽命和光(guāng)束(shù)質量。YAG激(jī)光器輸出波(bō)長為(wéi)1.06μm，較CO2激光波長小(xiǎo)1個數量級，因而(ér)更适(shì)合此類金屬的(de)激光(guāng)熔覆。

随着半(bàn)導體激光技術的發展，出現(xiàn)了直接應用的大功率半導(dǎo)體激光器來進行材料加工。該類(lèi)型激光器是目前所(suǒ)有激光器中效率.高的，目前其(qí)電光轉換效率可達到(dào)60％以上。但是該激光器的光束質量比(bǐ)較差，目前主(zhǔ)要應用于激光表面熱(rè)處理、激光熔覆和(hé)激光(guāng)釺焊中。

直(zhí)接高(gāo)功率半導體激(jī)光器的發展将在(zài)激(jī)光熔覆成形和修複，以及(jí)激光熱處理等方面取代目前.為廣泛應用的CO2激光器，光纖耦(ǒu)合半導體激光器的發(fā)展(zhǎn)将取代CO2激光器和固體激光器在材料焊接方面所占有(yǒu)的大部(bù)分地位。

激光熔覆的工藝參數主要有激光功率、光斑(bān)直徑、熔覆(fù)速度、離(lí)焦量、送粉速度、掃描速(sù)度、預熱溫度等。這些(xiē)參數對熔(róng)覆層的稀釋率、裂紋、表面粗糙度以及(jí)熔覆零件的緻密性等有很大影響。各參數之(zhī)間也(yě)相(xiàng)互影響，是一個(gè)非常複雜的過程，須采用合理的控制方法将(jiāng)這些參數控制(zhì)在激光熔覆工藝允許的(de)範圍内。

激光熔覆有(yǒu)3個重要的工藝參數，1.激光功率(lǜ) 2.光斑(bān)直徑 3.熔覆速度

1. 激光功率(lǜ)

激光功率(lǜ)越大，融化的熔覆金屬量越多，産生(shēng)氣孔的概率越(yuè)大。随着激光功率增加(jiā)，熔覆層深度增加，周圍的液體金屬劇烈波動，動态凝固結晶，使氣孔(kǒng)數量逐漸減少甚至得(dé)以消除，裂紋也逐漸減(jiǎn)少。當熔(róng)覆層深度達到極(jí)限深度後，随着功率(lǜ)提高，基體表面溫度升高，變形和開裂現象加劇，激光功率過小，僅表面塗層融化(huà)，基體未熔，此時熔覆層表(biǎo)面出現局部起球、空洞等，達不到表(biǎo)面熔覆目的。

2. 光(guāng)斑(bān)直徑

激光束一般為圓(yuán)形。熔覆層寬度主要取決(jué)于(yú)激光束的光(guāng)斑直(zhí)徑，光(guāng)斑直徑增(zēng)加，熔覆層變寬。光斑(bān)尺寸不同會引起熔覆層表面能量分布變化，所獲得的熔覆(fù)層形貌和組織性能有較大差别。一(yī)般(bān)來(lái)說，在小尺寸光斑下，熔覆層質(zhì)量較好，随着光斑尺寸增大(dà)，熔覆層質量下降。但光斑直徑過小，不利于獲得大面積的熔覆(fù)層。

3. 熔覆(fù)速度

熔覆速度V與(yǔ)激光功率P有相似的影響。熔覆速度過高，合金粉末不能完全融化，未起到優質熔覆的效果；熔覆(fù)速度太低，熔池存在時間過長，粉末過燒，合金元素損失，同時基體的熱輸入量大(dà)，會(huì)增加變形量。

激光熔覆參數不是獨立(lì)的影響熔覆層宏觀和微觀質(zhì)量，而(ér)是相互影響(xiǎng)的。為了說明(míng)激光功率P、光斑直徑D和熔覆速度V三者的(de)綜合作用，提出了比能量Es的概念，即(jí)：Es=P/(DV)

即單位面積的輻照能量，可将激光功率密度(dù)和熔覆(fù)速度等因素綜合(hé)在一(yī)起考慮。

比能量(liàng)減小有利于降低稀釋率，同時與熔覆層厚度(dù)也有一定的關系。在激光功率一定的條件下，熔覆(fù)層稀釋率随光斑直徑增(zēng)大而減(jiǎn)小，當熔(róng)覆(fù)速度和光斑直徑一定(dìng)時，熔覆層稀釋率随激光束功率增大而增大。另外，随着熔覆速度(dù)的增加，基體的融化深度下降(jiàng)，基體材料對熔覆層的稀釋率下降。

在多道激光熔覆中，搭接率是影響熔覆層表面粗糙度的主要因(yīn)素，搭接率提高，熔覆層表面(miàn)粗糙度降低，但搭接部(bù)分的均勻性很(hěn)難得到保證。熔覆道之間相互搭接區域的深度與熔覆道(dào)正中的(de)深度有所不同，從而影響了整個熔覆層的均勻性。而且多道搭接熔覆(fù)的殘餘拉應力會疊(dié)加，使局部(bù)總應力值增大，增大了熔(róng)覆層(céng)裂紋的敏感性。預熱和回火能降低熔(róng)覆(fù)層的(de)裂(liè)紋傾向。

激光熱處理

從裝備上講，去(qù)除鋪粉或者送(sòng)粉裝置的激光熔覆設備調整功率密度後，就可以實(shí)現激光熱處理工藝。激光熱處理是一種表面熱處理技術，即利用激光(guāng)加熱金屬材料表面實現表面熱處理。激光加熱具有極(jí)高的功率密度，即(jí)激光的照射區(qū)域的單位面積上集中極高的功率。由于功率密度(dù)極高，工件傳導散熱無(wú)法及時将熱量傳走，結果使得工(gōng)件被激(jī)光照射區迅速升溫到奧氏體化溫度實現快速加熱。當激光(guāng)加熱結束，因為(wéi)快速加熱時工件基體大(dà)體積中仍保持較(jiào)低的溫度，被加熱區域可以通過工(gōng)件本身(shēn)的熱(rè)傳導迅速冷卻，從而實現淬火等熱(rè)處理(lǐ)效果。激光淬火效(xiào)果：激光淬火層的硬度分布曲線激(jī)光淬火層的硬度(dù)分布(bù)激光淬火技術可對各種導軌、大型齒輪(lún)、軸頸、汽缸内壁、模具(jù)、減振(zhèn)器、摩擦輪、軋輥、滾輪零件進行表(biǎo)面強(qiáng)化。适用材料為中、高碳鋼，鑄鐵。激光淬火的應用實例：激光淬火強化(huà)的鑄鐵發(fā)動機汽缸，其硬度提高HB230提高到HB680，使用壽命(mìng)提高2~3倍。

激光熔覆是一個複雜的物理、化(huà)學冶金過程,熔覆過程中的參數對熔覆件的質量(liàng)有很大的影響。激光熔覆中的過程(chéng)參數主要有激光功率、光斑直徑、離焦量、送粉速度、掃描速度、熔池溫度等(děng),他們的對熔覆層的稀釋率、裂紋、表面粗糙度以及熔覆零件的緻密性都有着很大影響。同時,各參數之間也相互影響,是一個非常複雜的(de)過程(chéng)。必須(xū)采用合适的控制方法将各種(zhǒng)影響因素控(kòng)制在溶覆工藝允(yǔn)許的範圍内。随着控制(zhì)技術以及計(jì)算機技術的發展(zhǎn),激(jī)光熔覆技術越來越向智能化(huà)、自動化方向前進。國外在這方(fāng)面做地比較好。從直線和旋轉(zhuǎn)的一維激(jī)光熔覆,經過X和(hé)Y兩個(gè)方向同時運動的二維(wéi)熔覆,到上世(shì)紀90年(nián)代初開始向三維同時運動熔覆構造金屬零件發展。如今,已經把激光器、五軸聯(lián)動(dòng)數控激光加工機(jī)、外光路系統、自動化(huà)可調合金粉末輸送(sòng)系統(也可送絲)、專用CAD/CAM軟件和全(quán)過程參數檢測系統,集(jí)成構築了閉環控制系統,直(zhí)接制造出金屬零件(jiàn)。标志着激光熔覆技術的發展登上(shàng)了新的台階。各國在激(jī)光控制方面的研究的(de)新成果往往都以..的形(xíng)式進行保護, 如高(gāo)質量的同軸送粉熔(róng)覆系統(tǒng)以及閉環反饋控制系統等。國内西北工業大學、清華大學、北京工業大學、上海交通大學和中國科學院等單位在(zài)激光熔覆過程控制方面做了許多研(yán)究工作,國内還有(yǒu)許多單位正在積(jī)極開展(zhǎn)這方面的研究工作。清華(huá)大學機械系激光加工研究中心已研制出适合于直接(jiē)制造金屬零件的各(gè)種規格的同軸送粉噴(pēn)嘴和自動送粉器,已申請相(xiàng)關發明..兩項。中科院已經開發出集成化(huà)激光智能加工系統。但相對國外的研究和開發水(shuǐ)平,國(guó)内在控制方面的研究還處(chù)在起步階段,控制措施和手段(duàn)還不完善。對激光熔覆融池溫度的閉環控制鮮有報道,對(duì)熔覆質量的閉環控制系統研究的(de)并不(bú)充分。

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