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激光熔覆技術是指以不同的(de)填料方式在被塗覆基體表面上放置選擇的塗層材料，經激光輻照(zhào)使之和基體表面一薄(báo)層同時熔(róng)化，并快速凝固後形成稀(xī)釋度極低并與基體材料成冶金(jīn)結合的表面塗層，從而顯(xiǎn)著改善基體材料表(biǎo)面的耐磨、耐(nài)蝕、耐熱、抗(kàng)氧化及電器特性等的(de)工藝方法。結下(xià)來西安激光熔覆技術表面處理企業(yè)科普電鍍小編來和大家聊聊。

激光(guāng)熔覆技(jì)術亦稱激光熔敷或激(jī)光包覆，是一種新的(de)表(biǎo)面改性技術。激(jī)光熔覆的目的就是在基體材料表面(miàn)生(shēng)成具有高硬度、耐磨損、耐腐蝕、熱障礙等的功能層。以不同的填料方式在被塗覆(fù)基體表面上放置選擇的塗層材料，經(jīng)激光輻照使之和基(jī)體表面一薄層同時熔化，并快速凝固後形成稀釋度極低并與基(jī)體材料成冶金結合的表面塗層。從(cóng)而達到表面改性或修(xiū)複的目的，既滿(mǎn)足(zú)了對(duì)材料表(biǎo)面特定性能(néng)的要求，又節約了大量的貴(guì)重元素(sù)。與堆焊、噴塗(tú)、電鍍和(hé)氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織緻密、塗層(céng)與基(jī)體結合好、适合熔覆材料多、粒(lì)度及含量變化大等特點，因此(cǐ)激光熔覆技術應用前(qián)景十分廣闊。

激光(guāng)熔覆(fù)通過同步或預置材料的方式，将外部材料添加至基(jī)體經激光輻照後形成的熔池中，并使二者(zhě)共同快速凝固形成包覆層。

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)，可顯著改善基體材料表面的耐磨(mó)、耐蝕、耐熱、抗氧化或電氣特性，從(cóng)而達到表面改性或(huò)修複的目的，滿足材料表面特定性(xìng)能要求的同時可節約大量的材料(liào)成本。與堆焊、噴塗、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組(zǔ)織緻密、塗層與基體結合好、适合熔覆材料多、粒度及含(hán)量變化大等(děng)特點(diǎn)，因此激光熔覆技術應用(yòng)前景十分廣闊。

從當前激光熔覆的應用情況(kuàng)來看，其主要應(yīng)用于三個方面(miàn)：一，對材料的表面改(gǎi)性，如燃汽輪機(jī)葉片，軋輥，齒輪等；二，對産品的表面修複，如轉子，模具等。有關資料表明，修複後的部件強度可達到原強度的(de)90%以上，其修複費用(yòng)不到重置價格的1/5，更(gèng)重要的是縮短了維修時間，解決了大型企業重大(dà)成套設備(bèi)連續可靠運行(háng)所必(bì)須解決的轉動部件快速搶修(xiū)難題。另外(wài)，對關鍵部(bù)件表面通(tōng)過激光熔覆超耐磨抗蝕合(hé)金，可以在零部件表面不變形(xíng)的情況(kuàng)下大大提高零部件的使用(yòng)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的制造成本，縮短4/5的制造周(zhōu)期。三，激光增材制造。通過同步送粉或(huò)送絲的方式，進行逐層(céng)的激光熔覆，進而獲得具有三(sān)維結構的(de)零部件。該技術又可稱為激光熔化沉積(jī)、激(jī)光金屬沉積、激光(guāng)直接熔化沉(chén)積(jī)等。

熔覆材料：應用廣泛的激光熔覆材料主要有：鎳基、钴(gǔ)基、鐵基、钛(tài)合金、銅合(hé)金、顆粒型金屬基複合材料，陶瓷材料等。

熔覆工藝：激光熔覆按熔覆材料的供給方式大概可分為兩大類，即預置式激光熔覆和同步式激光(guāng)熔覆。

預置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部(bù)位，然後采用激光(guāng)束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉或絲形式加入，其中以粉末的形式.為常用。

同步式激光(guāng)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同步送入熔池中。熔覆材料以粉或(huò)絲形(xíng)式(shì)加入，其中以粉末的形式.為常用(yòng)。

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

同步式激光熔覆的主要(yào)工藝流程為：基(jī)材熔覆表面預處理(lǐ)---預熱---同步激光(guāng)熔(róng)覆---後熱處理。

按工(gōng)藝流(liú)程，與激光熔覆相關的工藝主要是基(jī)材表面預處(chù)理方法、熔覆材料的供料(liào)方法、預熱和後熱處理。

激(jī)光器(qì)工作原理：激光熔覆成套設備組成：激光器、冷卻機組、送粉機構、加工(gōng)工作台(tái)等。

激光(guāng)器的選用：主流的(de)激光器類型均支持激光熔(róng)覆工藝(yì)，例如CO2激光器，固體激光器，光纖激光(guāng)器，半導體激光器等。

目前(qián)應用廣泛(fàn)的有CO2激光器，固體激光器。CO2激光器是(shì)應用.廣、種類.多的一種(zhǒng)激光器，在汽車工業、鋼鐵工業、造船工業、航空及宇航業、電機工業、機械工(gōng)業、冶金工業、金屬加工等領域廣泛應用。約占(zhàn)全球工業激光器(qì)銷售額40%，北美更高達70%。CO2激光器(qì)是目前輸出功率達到.高級别的(de)激光器之一，其主要特點是光束質量高，模式好，相幹性好，線寬窄，工作穩定。傳統(tǒng)的固體激光器通(tōng)常采用高功率氣體放電燈泵浦，其泵浦效率約為3%到6%。泵浦燈發射(shè)出(chū)的大量能量轉化為熱能，需采用笨重的冷卻系統，不可消除的熱透鏡效應(yīng)使光束(shù)質量變差。加之(zhī)泵浦燈的壽命約為400小時，操作人員需花很多時間頻繁(fán)地換燈(dēng)，中斷(duàn)系統工作，使自動化生産線的效率大大降低。與傳統燈泵浦激光(guāng)器比較，二極管泵浦固體激光器提高了轉換效率、壽命和光束質量。YAG激光器輸出波長為(wéi)1.06μm，較CO2激光波長小1個數量級，因而更适合此類金屬的激光熔覆。

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

直(zhí)接(jiē)高(gāo)功率半導體激(jī)光器的發展将在激光熔覆成形和(hé)修複，以及激光熱處理等方面取代目前.為(wéi)廣泛應用的CO2激光器，光纖耦(ǒu)合半導體激光器的發展将取代CO2激光(guāng)器和固體激光器在材料焊接方面所占有的大部分(fèn)地位。

激光熔覆(fù)的工藝(yì)參數主要有激光功率(lǜ)、光斑(bān)直徑、熔覆(fù)速度、離焦量、送粉速度、掃(sǎo)描速度、預熱溫度等。這些(xiē)參數對熔覆層的稀釋率(lǜ)、裂紋、表面粗糙度以及熔覆零件的緻密性等(děng)有(yǒu)很大影響。各參數之間也(yě)相(xiàng)互影響，是一個(gè)非常複雜的過(guò)程，須采(cǎi)用合理的控(kòng)制方法将這些參數控制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 2.光斑直徑 3.熔覆速度

1. 激(jī)光功率(lǜ)

激光功率越(yuè)大，融化的熔覆金屬量越多，産生(shēng)氣孔的概率越大。随着激光功率增加，熔覆層深度增加，周圍的液體金屬劇烈波動，動态(tài)凝固結晶，使氣孔(kǒng)數量逐漸減少甚(shèn)至(zhì)得以(yǐ)消除，裂紋也逐漸減少。當熔覆(fù)層深度達到極限深度後，随着功率(lǜ)提高，基體表面溫度升高，變形和開裂現象加(jiā)劇(jù)，激(jī)光功率過(guò)小，僅表面塗層融化，基體未熔，此時熔(róng)覆層表面出現局部起(qǐ)球、空洞等，達不到表面熔覆目的。

2. 光(guāng)斑直徑(jìng)

激光束一般為圓形。熔覆層寬度主要取(qǔ)決于激光束的光斑直徑，光斑直徑增(zēng)加，熔覆(fù)層變寬。光斑(bān)尺寸不同(tóng)會引起熔覆層表面能(néng)量分布變化，所獲得的熔覆層形貌和(hé)組織性能有較大差别。一般來(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，熔覆(fù)層質量下降。但光斑直徑過小，不(bú)利于(yú)獲得大面積的熔覆(fù)層。

3. 熔覆速度

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

激光熔覆(fù)參數不是獨立(lì)的影響熔覆層宏觀和微觀質(zhì)量，而是相(xiàng)互影響的。為了說明(míng)激光(guāng)功率P、光斑直徑(jìng)D和(hé)熔覆速(sù)度V三者的(de)綜合作用，提出了比(bǐ)能量(liàng)Es的概念，即：Es=P/(DV)

即單位面積的輻照能量，可将激光功率密度(dù)和熔覆速度等因素綜(zōng)合在一起考慮。

比能量減小有利(lì)于降(jiàng)低稀釋率，同時與(yǔ)熔覆層厚度也有一定的關系(xì)。在激光功率(lǜ)一定的條件下，熔覆(fù)層稀釋率随光斑直徑增(zēng)大而減小，當熔(róng)覆速度和光斑直徑(jìng)一定(dìng)時，熔(róng)覆層稀釋率随激光束功率增大而增大。另外，随着熔覆速度的增(zēng)加，基體的融(róng)化深(shēn)度下降，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(fù)層表(biǎo)面粗糙度的主要因素，搭(dā)接率(lǜ)提高，熔覆(fù)層表面粗糙度降低，但搭(dā)接部分的均勻性很難得到保證。熔覆道之間相互搭接區域的深度與(yǔ)熔覆道(dào)正中的深度有所(suǒ)不同，從而影響了整個(gè)熔覆層的均勻性。而且(qiě)多道搭接熔覆的殘餘拉應力會疊(dié)加，使局部總應力值(zhí)增大，增大了熔覆層(céng)裂紋的敏感性。預熱和回火能(néng)降(jiàng)低熔(róng)覆層的裂紋傾向。

激光(guāng)熱處(chù)理

從裝備上講，去除鋪粉或者送粉(fěn)裝置的激光熔覆(fù)設(shè)備調整功率密度後，就可以實現激光熱處理工藝。激(jī)光熱處理是一(yī)種表面熱處理技(jì)術，即利用激光加熱金屬材料表面(miàn)實現表面熱處理。激(jī)光加熱具有極(jí)高的功率(lǜ)密度，即激光的照射區域的單位面(miàn)積上集中極高的功率。由于功率密度極高，工件傳導散熱無(wú)法及時将熱量傳走，結果使得工件被激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(rè)結(jié)束，因為(wéi)快速加熱時工件基體大體積中仍保(bǎo)持較低的溫度，被加熱區域可以通過(guò)工件本身(shēn)的熱傳導迅速冷卻，從而實現淬火等熱處理(lǐ)效果。激光淬火(huǒ)效(xiào)果：激光(guāng)淬火層的硬度分布曲線激光淬火層的硬度(dù)分布(bù)激光淬火技(jì)術(shù)可對各種導軌(guǐ)、大型齒輪、軸頸、汽缸内壁、模具、減振器、摩擦輪、軋輥、滾輪零件進行表面強(qiáng)化。适用(yòng)材料為中、高碳(tàn)鋼，鑄鐵。激光淬火的(de)應用實(shí)例：激光淬火強化(huà)的鑄鐵發動機汽(qì)缸，其硬(yìng)度提高HB230提高到HB680，使用壽命(mìng)提高2~3倍。

激光熔覆是(shì)一個複雜的物理、化學冶金過程,熔覆過程中的參數對熔覆件的質量有很大的(de)影響。激光熔覆中的過程(chéng)參數(shù)主要有激光功率、光斑直徑、離焦量、送粉速度、掃描(miáo)速度、熔池溫度(dù)等,他們的對熔覆層的稀釋率、裂紋、表面粗糙度(dù)以及熔(róng)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(xiǎng),是(shì)一個非(fēi)常複雜的過程。必須采(cǎi)用合适的控(kòng)制方法将各種影響因素控制在溶覆工(gōng)藝允(yǔn)許的範圍内。随着控制技術以及計(jì)算機技術的發展,激光熔覆(fù)技術越來越向智能化、自動化方(fāng)向前進。國(guó)外在這方面做地比較好。從直線和旋轉(zhuǎn)的一維激光(guāng)熔覆,經過X和(hé)Y兩個(gè)方向同時運動的二維熔覆,到上世紀90年(nián)代初開始向三維同時運動熔(róng)覆構造金屬零件發展。如(rú)今,已經把激光器、五軸聯動數控激光加工機、外光路系統、自動化可調合金粉末(mò)輸送(sòng)系統(也可送(sòng)絲)、專用CAD/CAM軟件和全過程參數(shù)檢測系統,集成構築(zhù)了閉(bì)環控制系統,直(zhí)接制造出(chū)金屬零件。标志着激光熔覆技術的發展登上了新(xīn)的台階。各國在激光控制方面(miàn)的研究的新成果往往都以..的形式進行保護(hù), 如高質(zhì)量的同軸送粉熔(róng)覆系統以及閉環反饋控制系統等。國内(nèi)西北工業大學、清華(huá)大學、北京工業(yè)大學、上海交通大學和中(zhōng)國科(kē)學院等單位在激光熔覆過程控制(zhì)方(fāng)面做了許多研究工作,國内還有(yǒu)許多單位正在積極開展這方面的(de)研究工作(zuò)。清華(huá)大學機械系激光加工研究中心已研(yán)制出适合于直(zhí)接(jiē)制造金屬零件的各(gè)種規格的同軸送粉噴嘴(zuǐ)和自動送粉器,已申請相關發明..兩項。中科院已經開發出集成化激光智能加(jiā)工系統。但相對國外的研究和開發水(shuǐ)平,國内在控制方面的研究還處在起步階段,控制措施和手(shǒu)段還不完善。對激光熔覆融池溫度的閉(bì)環控制鮮有報道,對熔覆質量(liàng)的閉環控制系統研究的并不充分。

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