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激光熔覆(fù)技術是指以不同的(de)填料方式在被塗覆(fù)基體表面上放置選擇的(de)塗層材料，經激(jī)光輻照使之和(hé)基體表面一薄(báo)層同時(shí)熔(róng)化，并快速凝固後形(xíng)成稀(xī)釋度極低并與基體材料成冶金結合的表面塗層，從(cóng)而顯著改善基體材料表面的(de)耐(nài)磨、耐蝕、耐熱、抗(kàng)氧化及電器特(tè)性等的工藝方法。結下來西安(ān)激光熔覆技術表面處理企業(yè)科普電鍍小(xiǎo)編來和大家聊聊。

激光熔覆技術亦稱激光熔敷或激光包(bāo)覆，是一種新的表面改性技術。激光熔覆的目(mù)的(de)就是在基體材料(liào)表面生成具有高硬度、耐(nài)磨損、耐腐蝕、熱障礙等的功能層。以不同(tóng)的填料方式在被塗覆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(báo)層同時熔化，并快速凝固後形成稀釋度極低并與基體材料成冶金結(jié)合的表面塗層。從(cóng)而達(dá)到表(biǎo)面改性或修複的目(mù)的，既滿足(zú)了對材料表(biǎo)面特定(dìng)性能的要求，又節約(yuē)了大量的貴重元素。與堆焊、噴塗(tú)、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度(dù)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，因此激光熔覆技術應(yīng)用前景十分(fèn)廣闊(kuò)。

激光(guāng)熔覆通過同步或預置材料(liào)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，并使二者共同快速凝固形成包(bāo)覆(fù)層。

激光熔覆特(tè)點(diǎn)：熔覆層稀釋度低(dī)但結合力(lì)強，與基體呈冶金結合，可顯(xiǎn)著改善基體(tǐ)材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱(rè)、抗(kàng)氧化(huà)或電氣特性，從而達到表面改性或(huò)修複的目(mù)的，滿足(zú)材料表面(miàn)特定性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(hé)氣相沉積(jī)相比，激光熔覆(fù)具有稀釋度小、組(zǔ)織(zhī)緻密、塗層與基體結合好、适合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點，因此激光熔覆技術應用前景十分(fèn)廣闊。

從當前激(jī)光熔覆(fù)的應用情況來看，其主要應(yīng)用于三個方面：一，對材料的表面改性(xìng)，如燃汽(qì)輪機葉片，軋輥，齒輪等；二，對産品的表面修複，如轉子，模(mó)具等。有關資料表明，修複(fú)後的部件強度可達(dá)到原強度的90%以(yǐ)上，其(qí)修複費(fèi)用不到重置價格的1/5，更重要的是縮短了維修時間，解決(jué)了大型企業重大(dà)成套設備連續可靠(kào)運行所必須解決的轉動部件快(kuài)速(sù)搶修難題。另外，對關鍵部(bù)件表面通過激光熔覆超耐磨抗蝕合金，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(tí)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。通過同步送粉或送絲的方式，進行逐層(céng)的激光熔覆，進而獲得(dé)具有三(sān)維結構的零部件。該技術又可稱為激光熔化沉積(jī)、激光金屬(shǔ)沉積、激光直(zhí)接熔化沉積等。

熔覆材料：應用廣(guǎng)泛的激光熔覆材料主要有：鎳基、钴基、鐵基、钛(tài)合金、銅(tóng)合金(jīn)、顆粒型金屬(shǔ)基複合材料，陶(táo)瓷(cí)材料等。

熔覆工藝(yì)：激光熔(róng)覆按熔覆(fù)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(róng)覆(fù)材料事先置于基材表面的熔覆部位，然後采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材(cái)料以粉或(huò)絲形式加入，其中以粉末的形式.為常用(yòng)。

同步(bù)式激光熔覆則是将粉末或絲材類熔覆材料經過噴嘴在熔(róng)覆過程中同步送入熔池(chí)中。熔覆材料以粉或絲形式加入，其中以粉末的形式.為常用。

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

同(tóng)步式激光熔覆的主要(yào)工藝流程為：基(jī)材(cái)熔覆表面預處(chù)理---預熱---同步激光熔(róng)覆---後熱處理。

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

激(jī)光器工作原理：激光熔覆成套設備組成(chéng)：激光器、冷卻(què)機組、送粉機構、加(jiā)工(gōng)工(gōng)作(zuò)台等。

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

目前應用廣泛的有(yǒu)CO2激光器，固體激(jī)光器。CO2激光(guāng)器是應用.廣、種類.多的一種激光器，在汽車工業、鋼(gāng)鐵工業(yè)、造船工業、航空及宇航(háng)業、電機工業、機械工業、冶金工業、金屬加工等領域廣泛應用。約占(zhàn)全球工業激光器銷售額(é)40%，北美更高達70%。CO2激光器是目(mù)前輸出功率達到.高級别的激光器(qì)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(chuán)統的固體激光器通(tōng)常采用高功率氣(qì)體放電燈泵浦，其泵浦效率約為3%到(dào)6%。泵浦燈發射(shè)出的大量(liàng)能量轉化為熱能，需采用笨重(zhòng)的冷卻系(xì)統，不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(mìng)約為400小時(shí)，操作人員(yuán)需花很多(duō)時間(jiān)頻繁(fán)地換燈(dēng)，中斷系統工作，使自動化生産線(xiàn)的效率大大降低。與(yǔ)傳統燈泵浦(pǔ)激光(guāng)器比較，二極管泵浦固(gù)體激(jī)光器提(tí)高了轉換效率、壽命和光束(shù)質量(liàng)。YAG激光器輸出波(bō)長為(wéi)1.06μm，較CO2激光波長小1個(gè)數量級，因而更适(shì)合此(cǐ)類金屬的激光(guāng)熔覆。

随着半(bàn)導體激光技術的發展，出現(xiàn)了直接應(yīng)用的大功率半導體(tǐ)激光器來(lái)進行材料加工。該類型激光器是目前所(suǒ)有激光器中效率(lǜ).高的，目前其電光轉換(huàn)效率可達到60％以(yǐ)上。但是該激光器的光束質量比較差，目前主(zhǔ)要應用于激光表面熱處理、激光熔覆和(hé)激光釺焊中。

直接高(gāo)功率半導體激光器(qì)的發展将在(zài)激(jī)光熔(róng)覆成形和修(xiū)複，以及激光熱處理等方面取代目前.為廣泛(fàn)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激光器和固(gù)體激光器在材料焊接方面所占有的大部分地位。

激光熔覆(fù)的工藝參數主要有激光功率、光斑直徑、熔覆(fù)速度、離焦量、送粉速度、掃描速度、預熱溫度等。這些參數對熔覆層的稀釋率、裂紋、表面粗糙度以(yǐ)及熔覆零件的(de)緻密性等有很(hěn)大影(yǐng)響。各參數之間也相(xiàng)互影響，是一個非常複雜的過(guò)程，須采(cǎi)用合理的控(kòng)制方法将(jiāng)這些參(cān)數控制在激光熔覆工藝允(yǔn)許的範圍内。

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

1. 激光功率

激光功率(lǜ)越大，融化的熔覆金屬量越多，産生(shēng)氣孔的概率越大。随着激(jī)光功率增(zēng)加，熔覆層深度增(zēng)加，周圍的液體金(jīn)屬劇(jù)烈波動，動态凝固結晶(jīng)，使氣孔(kǒng)數量逐漸減少甚至(zhì)得以消除，裂紋也逐漸減少。當熔覆層深度達到極限深度後，随着功率提高，基體表面溫度(dù)升高，變形(xíng)和(hé)開裂現象加劇，激光功率過小，僅表(biǎo)面塗層融化，基體未熔，此時熔覆層表面出現(xiàn)局部起球、空洞等，達不到表面熔覆目的。

2. 光斑直徑

激光束一般為圓(yuán)形。熔(róng)覆層寬度主要取決于激光(guāng)束的光斑直(zhí)徑，光斑直徑增加，熔覆層變寬。光斑尺寸不(bú)同會引起熔(róng)覆層表面能量(liàng)分布變化，所獲得的熔覆層形(xíng)貌和(hé)組織性能(néng)有較大差别。一般來(lái)說，在(zài)小尺寸光斑下，熔覆層質量較好，随着光(guāng)斑尺寸增大，熔覆層質(zhì)量下降(jiàng)。但光(guāng)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(sì)的影響。熔覆速度(dù)過高，合金粉(fěn)末不能完全融化，未起到優(yōu)質熔覆的效(xiào)果；熔覆速度太低，熔池存在(zài)時間過長，粉末過燒，合金元素(sù)損失，同時(shí)基(jī)體的熱輸入(rù)量大(dà)，會增加變形量。

激光熔覆參數不是獨立的影響熔覆層宏觀和(hé)微觀質(zhì)量，而是相互影響的。為了說明激光功率P、光斑直徑D和熔(róng)覆速度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(liàng)，可将激光功率密度和熔覆速度等因素綜(zōng)合在一起考慮。

比能量減小有利于降低稀釋率，同時與熔(róng)覆層厚度也有一定的關系。在激(jī)光功率一定的條件下，熔覆層稀釋率随光斑直徑增大而減小，當熔(róng)覆速度和光斑直徑(jìng)一定時，熔覆層稀釋(shì)率随激光束功率增大而增(zēng)大。另外，随着熔覆速度(dù)的增(zēng)加，基體的融化深度下降，基體(tǐ)材料對熔覆層的稀釋率(lǜ)下降。

在多(duō)道激光熔覆中(zhōng)，搭接率是影響熔覆層表面(miàn)粗糙度的主要因(yīn)素，搭接率(lǜ)提高，熔覆(fù)層表面粗(cū)糙度降低，但搭接部分的均勻性很難得到保證。熔(róng)覆道之間相互搭(dā)接區域(yù)的深度與(yǔ)熔覆道正中的(de)深度有所(suǒ)不同，從而影響了整個熔覆層的均勻性。而且多道搭接熔覆的殘(cán)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)覆層的裂紋傾向。

激光熱處理

從裝備上講，去(qù)除鋪粉或者送粉裝置的激光熔覆設備調整功率密(mì)度後(hòu)，就可以實現(xiàn)激光熱處理工藝。激光熱處(chù)理是一(yī)種表面熱處(chù)理技術，即利用激光加熱金屬材料表面(miàn)實現表面熱處理。激光加熱具有極高的功率密度，即激光的照射區(qū)域的單位面積上集(jí)中極高的功率。由于功率(lǜ)密度極高，工件傳導散熱無法及時将熱量傳(chuán)走(zǒu)，結果使得工件被激(jī)光照射區迅速升溫到(dào)奧氏體化溫度實(shí)現快速加熱。當激光加熱結束，因為快速加熱時工件基體大(dà)體積中仍保持較低的溫度，被加熱區域可以通過工件本身的熱傳導(dǎo)迅速冷卻，從而實現淬火等熱(rè)處理效果。激光淬火效果：激光淬火層的硬度分布曲線激光淬火層(céng)的(de)硬度分布激光淬火技(jì)術(shù)可對各種導軌、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(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)的鑄鐵發動機汽缸，其硬(yìng)度提高HB230提高到HB680，使用壽命提高2~3倍。

激光熔覆(fù)是(shì)一(yī)個複雜的物理、化(huà)學(xué)冶金過(guò)程,熔(róng)覆過程中的參數對熔覆件的質量有很大的影響。激光熔覆中的過程(chéng)參數主要有激光功率、光斑直徑、離(lí)焦量、送粉速度、掃描速度、熔池溫度等,他們的對熔覆層的稀釋率、裂紋、表面粗糙(cāo)度以及熔(róng)覆零件的緻密(mì)性都有着很大影(yǐng)響。同時,各參數之(zhī)間也相互(hù)影響(xiǎng),是一個非常複雜的過程(chéng)。必須采用合适的控制方法将(jiāng)各種影響(xiǎng)因素控制在溶覆工藝允(yǔn)許的範圍内。随(suí)着控制技(jì)術以及計算機技術的發展,激(jī)光熔覆技術越來越向智能化、自動化方向前進。國外在這方(fāng)面做地比較好。從直線和旋轉的一維激光熔覆,經過X和(hé)Y兩個方向同時運動的二維熔覆,到上世紀90年代初開始向三維同(tóng)時運動熔覆構造金(jīn)屬零件發展。如今,已經把激光器、五軸聯(lián)動數(shù)控激光加工機(jī)、外光路系(xì)統、自動化(huà)可調合金粉末(mò)輸送系統(也可送絲)、專用CAD/CAM軟件和全過程參數檢測系統,集成構築了閉(bì)環控制系統,直接制造出(chū)金屬零件。标志着激光(guāng)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(guǒ)往往都以..的形(xíng)式(shì)進行保護(hù), 如(rú)高質(zhì)量的同軸送粉熔覆系統以及閉環反饋控(kòng)制系統等。國内西北工業(yè)大(dà)學、清華大(dà)學、北京(jīng)工業大學(xué)、上海交通大學和中國科學院等單位在激光熔覆過程控制方面做了(le)許多研究工作,國内還有許多單位正在積極開展這方面的(de)研究工作。清華(huá)大學機械系激光加(jiā)工研(yán)究中(zhōng)心已研制出适合于(yú)直接(jiē)制造金屬零件的各種規格(gé)的同軸送粉噴嘴(zuǐ)和自動送粉器,已申請相關發(fā)明..兩項。中科院已經開發出集(jí)成化激光智能(néng)加工系統。但(dàn)相對國(guó)外的研究和開發水平,國内在控制方面的研究還處在起步階段,控制(zhì)措施和手(shǒu)段還不(bú)完(wán)善。對激光熔覆(fù)融池溫度的閉環控制鮮(xiān)有報道,對熔覆質量(liàng)的閉環控制系統研究的(de)并不充分。

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