激光熔覆技术在表面加工中的应用

激光表面熔覆也可称作激光熔覆。激光熔覆技术是国内外激光表面改性研究的热点，广泛应用于机械制造与维修、汽车制造、纺织机械、航海与航天和石油化工等领域。

1.激光熔覆的原理与特点

激光熔覆是利用高能激光束辐照，通过迅速熔化、扩展和凝固，在基体表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料。激光熔覆时，覆层材料及基体表面熔化，使熔覆层与基体形成冶金结合。激光熔覆示意图如图7.7所示。

因此可在熔覆层较薄的情况下，获得所要求的成分。

图7.7　激光熔覆示意图(www.xing528.com)

1—聚焦镜；2—出光镜；3—熔覆层；4—运动方向；5—操作台；6—试样；7—粉末输送管。

与堆焊、热喷涂和等离子喷焊等表面强化技术相比，激光熔覆的熔覆层晶粒细小，结构致密，因而硬度一般较高，耐磨、耐蚀等性能也更为优异。熔覆层稀释率低，由于激光作用时间短，基体的熔化量小，对熔覆层的冲淡率低（一般仅为5%～8%）。因此可在熔覆层较薄的情况下，获得所要求的成分与性能，节约昂贵的覆层材料。激光熔覆热影响区小，工件变形小，熔覆成品率高。激光熔覆过程易实现自动化生产，镀层质量稳定，如在熔覆过程中熔覆厚度可实现连续调节，这在其他工艺中是难以实现的。

由于激光熔覆有较多优点，故它在航空乃至民用产品工业领域中都有较广阔的应用前景，已成为当今材料领域研究和开发的热点。

2.激光熔覆的性能及应用

激光熔敷层与基体材料呈冶金结合，可显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等。例如，对60钢进行碳钨激光熔覆后，硬度最高达2200HV以上，耐磨损性能为基体60钢的20倍左右；在Q235钢表面激光熔覆CoCrSiB合金后，其耐蚀性大大提高，而且耐蚀性明显高于火焰喷涂。激光熔覆技术的耐磨合金层已用于强化、修复喷气发动机涡轮叶片，用于强化汽车发动机排气门的密封锥面；耐高温、耐蚀层用于化工设备某些不锈钢部件，用于油田液压泵的易磨损、腐蚀部件。

激光熔覆铁基合金粉末适用于要求局部耐磨而且容易变形的零件。镍基合金粉末适用于要求局部耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件。钴基合金粉末适用于要求耐磨、耐蚀及抗热疲劳的零件。陶瓷涂层在高温下有较高的强度，热稳定性好，化学稳定性高，适用于要求耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性的零件。激光熔覆金属陶瓷复合涂层比熔敷合金涂层具有更高的耐磨性，其研究及应用日益广泛，如在钢、钛合金及铝合金表面激光熔覆多种陶瓷或金属陶瓷涂层。