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激光(guāng)熔覆技術(shù)是指(zhǐ)以不(bú)同的(de)填料方式在被塗覆基體(tǐ)表面上放置選擇(zé)的(de)塗層(céng)材料(liào)，經激(jī)光輻(fú)照使之(zhī)和基體(tǐ)表面一薄(báo)層同(tóng)時熔(róng)化，并快速(sù)凝固後形成稀(xī)釋度(dù)極低并與(yǔ)基體材料(liào)成冶金結(jié)合(hé)的表面(miàn)塗層，從而顯著(zhe)改(gǎi)善基體材料(liào)表面的耐(nài)磨、耐(nài)蝕、耐(nài)熱、抗氧化(huà)及電器特(tè)性等的工(gōng)藝方法。結(jié)下來西安激光(guāng)熔覆技術表面(miàn)處理(lǐ)企(qǐ)業科普電鍍小編來和(hé)大家聊聊。

激光熔覆(fù)技術亦稱激光(guāng)熔敷或激光包(bāo)覆，是一種新的(de)表面(miàn)改性技術(shù)。激光(guāng)熔(róng)覆的目(mù)的就是在基體(tǐ)材料表面生成(chéng)具(jù)有高(gāo)硬度、耐(nài)磨損(sǔn)、耐(nài)腐蝕、熱障礙等的(de)功能(néng)層。以(yǐ)不(bú)同的填料方(fāng)式在被塗覆基(jī)體(tǐ)表面上(shàng)放置選擇(zé)的塗(tú)層材料，經(jīng)激光輻照使之和基體表面(miàn)一薄層同時熔化，并快(kuài)速凝固(gù)後形成(chéng)稀釋(shì)度極(jí)低并與基(jī)體材料成冶金(jīn)結(jié)合的表面(miàn)塗層。從(cóng)而達(dá)到表面改性或(huò)修複的(de)目的，既(jì)滿足了對材料(liào)表面(miàn)特定性能(néng)的要(yào)求，又節約(yuē)了大(dà)量的貴重(zhòng)元素(sù)。與堆焊、噴(pēn)塗、電鍍(dù)和(hé)氣相沉積(jī)相比，激光熔(róng)覆具(jù)有(yǒu)稀釋(shì)度小、組(zǔ)織緻密、塗層與(yǔ)基體結(jié)合好(hǎo)、适合熔覆(fù)材料(liào)多(duō)、粒度及含量變化大等(děng)特點，因此激(jī)光(guāng)熔覆技術應用(yòng)前景十(shí)分廣闊。

激光(guāng)熔覆通過(guò)同步或(huò)預(yù)置材(cái)料的(de)方式，将外部材料添(tiān)加至(zhì)基體經激(jī)光輻照後形成的熔(róng)池中，并(bìng)使(shǐ)二者(zhě)共同快速(sù)凝固(gù)形成(chéng)包(bāo)覆層。

激光熔覆特點：熔(róng)覆層稀釋度低(dī)但結合力強，與(yǔ)基體呈冶金結合，可顯著(zhe)改善基體(tǐ)材料表面的耐(nài)磨、耐蝕、耐熱、抗(kàng)氧(yǎng)化(huà)或電(diàn)氣特性，從而達(dá)到表面改性或(huò)修複(fú)的目的，滿足材(cái)料(liào)表面特(tè)定(dìng)性(xìng)能要求的(de)同時可(kě)節約大量的材料(liào)成本(běn)。與堆焊、噴塗、電鍍和氣(qì)相沉積相比，激光熔覆(fù)具有稀釋度小(xiǎo)、組織(zhī)緻密、塗層(céng)與基體結(jié)合好、适合熔覆(fù)材料(liào)多、粒(lì)度及(jí)含量(liàng)變化(huà)大等特點，因此激光(guāng)熔覆(fù)技術應(yīng)用前景(jǐng)十分(fèn)廣闊。

從當前激光熔覆的(de)應用(yòng)情況(kuàng)來看，其主要(yào)應用于(yú)三個方面(miàn)：一，對(duì)材料(liào)的表(biǎo)面改(gǎi)性(xìng)，如燃汽輪機(jī)葉片，軋輥，齒輪(lún)等；二，對産(chǎn)品的(de)表面修(xiū)複(fú)，如轉(zhuǎn)子，模(mó)具等。有關(guān)資料表明(míng)，修複(fú)後的部件強度(dù)可達到(dào)原強度的90%以(yǐ)上，其(qí)修複(fú)費用不(bú)到重置(zhì)價格的(de)1/5，更(gèng)重要(yào)的是縮短(duǎn)了(le)維(wéi)修時間，解決了大型(xíng)企(qǐ)業重大成套(tào)設備(bèi)連續(xù)可靠(kào)運行(háng)所必(bì)須解決的轉(zhuǎn)動(dòng)部件(jiàn)快速(sù)搶修難題。另外(wài)，對關鍵部(bù)件表面通(tōng)過激(jī)光熔覆超(chāo)耐磨(mó)抗蝕合金，可以(yǐ)在零(líng)部件表面不(bú)變形的(de)情況下大(dà)大提(tí)高零(líng)部(bù)件的使(shǐ)用壽(shòu)命；對模具表面進行激光(guāng)熔覆處(chù)理，不僅(jǐn)提高(gāo)模具強度(dù)，還可以(yǐ)降(jiàng)低2/3的(de)制造成(chéng)本，縮(suō)短4/5的制(zhì)造周(zhōu)期。三，激光(guāng)增材制造(zào)。通過同步送粉(fěn)或送絲的方式(shì)，進行逐層的激光熔覆，進而獲(huò)得具有(yǒu)三(sān)維結(jié)構的(de)零部件。該(gāi)技(jì)術又可(kě)稱為(wéi)激光(guāng)熔(róng)化沉積(jī)、激光金屬(shǔ)沉積、激光(guāng)直接熔化(huà)沉積等(děng)。

熔覆材料：應(yīng)用廣(guǎng)泛的(de)激光熔覆(fù)材料(liào)主要有：鎳基、钴(gǔ)基、鐵基、钛合金、銅合金、顆粒型(xíng)金屬基複(fú)合材(cái)料，陶瓷(cí)材(cái)料等(děng)。

熔覆工藝(yì)：激光熔覆(fù)按熔(róng)覆材(cái)料的(de)供給(gěi)方式(shì)大概(gài)可分(fèn)為兩(liǎng)大類，即預(yù)置式(shì)激光(guāng)熔覆和同(tóng)步式(shì)激(jī)光熔覆。

預置式激光熔(róng)覆(fù)是将(jiāng)熔(róng)覆材(cái)料事(shì)先置于基(jī)材表面的(de)熔覆部位(wèi)，然(rán)後采用(yòng)激光(guāng)束輻照掃(sǎo)描熔化，熔覆材(cái)料以粉或(huò)絲形式加入，其中以(yǐ)粉末(mò)的形式.為常用(yòng)。

同步式激(jī)光(guāng)熔(róng)覆則是将(jiāng)粉末或絲材類(lèi)熔覆(fù)材料(liào)經過噴嘴在(zài)熔覆過程中同步送入(rù)熔池中(zhōng)。熔覆材(cái)料以粉或(huò)絲(sī)形(xíng)式加入(rù)，其中以(yǐ)粉末(mò)的形式.為(wéi)常用(yòng)。

預置式激(jī)光(guāng)熔覆的主要工藝(yì)流(liú)程(chéng)為(wéi)：基(jī)材熔覆(fù)表(biǎo)面預(yù)處理(lǐ)---預(yù)置熔覆(fù)材料---預(yù)熱---激光(guāng)熔覆(fù)---後熱處理(lǐ)。

同步式激光熔(róng)覆的主要工藝流程為：基材熔覆表(biǎo)面(miàn)預處理(lǐ)---預熱---同步激光(guāng)熔覆---後(hòu)熱處理(lǐ)。

按工藝流程，與(yǔ)激光(guāng)熔覆相關(guān)的工藝主(zhǔ)要是基(jī)材表面預處(chù)理方法、熔覆材(cái)料的(de)供料(liào)方法(fǎ)、預熱和(hé)後熱處(chù)理。

激光(guāng)器工作(zuò)原理(lǐ)：激(jī)光熔覆(fù)成套設備組成(chéng)：激光(guāng)器、冷卻機(jī)組、送粉機構、加(jiā)工工作台(tái)等。

激光(guāng)器的選用：主(zhǔ)流的激光(guāng)器類型均支持激光(guāng)熔覆工(gōng)藝(yì)，例如co2激光器，固體激(jī)光器(qì)，光纖(xiān)激光器，半導體激光器等。

目前(qián)應用(yòng)廣泛(fàn)的有co2激光(guāng)器，固體激光器(qì)。co2激光器(qì)是(shì)應用(yòng).廣、種類.多的一(yī)種激光器，在汽(qì)車工業(yè)、鋼鐵工業、造(zào)船工(gōng)業、航(háng)空及宇(yǔ)航業、電機工(gōng)業、機械工(gōng)業、冶金工業、金(jīn)屬加工等領域(yù)廣泛(fàn)應(yīng)用。約占(zhàn)全球(qiú)工業激光(guāng)器銷售額(é)40%，北(běi)美更高達(dá)70%。co2激光器是目前輸出功(gōng)率達到.高級别的激光器之一，其主(zhǔ)要(yào)特點是(shì)光束質量高，模(mó)式好，相(xiàng)幹性好(hǎo)，線寬(kuān)窄，工(gōng)作穩(wěn)定。傳統的固體(tǐ)激光器通(tōng)常采(cǎi)用高功率(lǜ)氣體(tǐ)放電燈泵(bèng)浦，其(qí)泵浦(pǔ)效(xiào)率約為(wéi)3%到6%。泵浦燈發射(shè)出的大量能(néng)量(liàng)轉化(huà)為熱能，需(xū)采用笨(bèn)重的冷(lěng)卻系統，不可消除的(de)熱透鏡效(xiào)應使光束(shù)質(zhì)量(liàng)變差(chà)。加(jiā)之(zhī)泵浦(pǔ)燈的(de)壽(shòu)命約為400小時(shí)，操作人員(yuán)需花很(hěn)多(duō)時間(jiān)頻繁地換(huàn)燈(dēng)，中(zhōng)斷系統工(gōng)作，使(shǐ)自動化生産線(xiàn)的效(xiào)率(lǜ)大大降低。與傳(chuán)統燈泵(bèng)浦激光器比較(jiào)，二極管泵浦固(gù)體激光器(qì)提高(gāo)了轉(zhuǎn)換效率、壽(shòu)命和光束(shù)質量(liàng)。yag激光器輸出波(bō)長為(wéi)1.06μm，較(jiào)co2激(jī)光波(bō)長小(xiǎo)1個數(shù)量級，因而更(gèng)适(shì)合此類金屬(shǔ)的激光(guāng)熔覆。

随着半(bàn)導(dǎo)體激光(guāng)技(jì)術的(de)發展，出(chū)現(xiàn)了直(zhí)接應(yīng)用的大功(gōng)率(lǜ)半導體激光(guāng)器來進行(háng)材料(liào)加工。該類(lèi)型激(jī)光器是(shì)目前所(suǒ)有激(jī)光器(qì)中效(xiào)率.高的，目(mù)前其(qí)電光轉換效(xiào)率(lǜ)可達到60％以上。但(dàn)是該激光器的(de)光束質(zhì)量比較(jiào)差，目前主(zhǔ)要應(yīng)用于激光表面(miàn)熱處理(lǐ)、激(jī)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)光熔覆成(chéng)形和(hé)修複，以及激光(guāng)熱處(chù)理(lǐ)等(děng)方面取代目前.為廣(guǎng)泛應用的(de)co2激光(guāng)器，光纖(xiān)耦合半(bàn)導體(tǐ)激光(guāng)器的(de)發展将取代co2激光器(qì)和固體激(jī)光器(qì)在材(cái)料焊(hàn)接方面(miàn)所占有(yǒu)的大部(bù)分(fèn)地位(wèi)。

激光(guāng)熔(róng)覆的工(gōng)藝參數主(zhǔ)要有(yǒu)激光功率(lǜ)、光斑(bān)直徑、熔覆速度(dù)、離焦量、送粉速(sù)度、掃(sǎo)描速度、預熱溫度(dù)等。這些(xiē)參數對熔覆(fù)層的稀釋率、裂紋(wén)、表面(miàn)粗(cū)糙度以及熔(róng)覆零件的(de)緻密性等(děng)有很(hěn)大影響。各參(cān)數(shù)之間也(yě)相(xiàng)互影響，是(shì)一(yī)個非常(cháng)複雜(zá)的過程，須(xū)采(cǎi)用合(hé)理的控(kòng)制方法将這些(xiē)參數控制(zhì)在激(jī)光熔覆(fù)工藝允(yǔn)許的(de)範圍内。

激(jī)光(guāng)熔(róng)覆有3個重(zhòng)要的(de)工藝參數(shù)，1.激光功率(lǜ) 2.光斑(bān)直徑(jìng) 3.熔(róng)覆(fù)速度(dù)

1. 激光功(gōng)率

激光功率越大，融化(huà)的熔(róng)覆(fù)金(jīn)屬量(liàng)越多(duō)，産生氣孔的概率越(yuè)大。随着激光功率增(zēng)加，熔覆層深度(dù)增加，周圍的液(yè)體金屬(shǔ)劇烈波(bō)動，動态凝固結(jié)晶，使(shǐ)氣孔數量逐漸(jiàn)減少甚至(zhì)得以消(xiāo)除(chú)，裂(liè)紋(wén)也逐(zhú)漸(jiàn)減(jiǎn)少。當熔覆層深度達(dá)到極(jí)限深度後(hòu)，随着功率提高(gāo)，基體表面溫度(dù)升高，變(biàn)形(xíng)和開(kāi)裂現象(xiàng)加劇，激(jī)光功率過小，僅表面塗(tú)層融化(huà)，基體未熔，此時熔覆(fù)層表面出(chū)現局(jú)部起球、空(kōng)洞等(děng)，達(dá)不到表(biǎo)面熔(róng)覆目的。

2. 光(guāng)斑直徑(jìng)

激光(guāng)束(shù)一般為圓(yuán)形。熔(róng)覆層寬度(dù)主要(yào)取決于激(jī)光束(shù)的光斑直徑，光(guāng)斑直徑增加(jiā)，熔(róng)覆層變寬。光斑尺寸不同(tóng)會引(yǐn)起熔(róng)覆層表面(miàn)能(néng)量分(fèn)布(bù)變化(huà)，所獲得(dé)的熔覆(fù)層形貌和(hé)組織(zhī)性能有(yǒu)較大差(chà)别。一般來說，在小尺寸(cùn)光斑下(xià)，熔覆層質(zhì)量較好，随着(zhe)光斑尺(chǐ)寸增大(dà)，熔(róng)覆層(céng)質量(liàng)下降。但光(guāng)斑直徑過小，不(bú)利于獲得大面(miàn)積的熔覆(fù)層。

3. 熔(róng)覆速度(dù)

熔覆速(sù)度v與激光功率p有相(xiàng)似(sì)的(de)影響(xiǎng)。熔覆速(sù)度(dù)過高，合金(jīn)粉末不能(néng)完全融化，未起到優質(zhì)熔覆的(de)效(xiào)果；熔覆(fù)速度(dù)太低(dī)，熔池(chí)存在(zài)時間過(guò)長(zhǎng)，粉末(mò)過燒，合金元素(sù)損失(shī)，同(tóng)時(shí)基體的熱輸入量大(dà)，會增(zēng)加變(biàn)形量(liàng)。

激光熔覆參數(shù)不是(shì)獨(dú)立(lì)的影(yǐng)響熔覆(fù)層(céng)宏觀(guān)和(hé)微觀質量，而(ér)是相互(hù)影響的(de)。為了(le)說明(míng)激光(guāng)功率(lǜ)p、光(guāng)斑直徑(jìng)d和熔覆速度v三者的綜合作用(yòng)，提出了比(bǐ)能(néng)量es的概念，即(jí)：es=p/(dv)

即單(dān)位面積的輻照(zhào)能量，可将激光(guāng)功率(lǜ)密度和熔覆速(sù)度等因(yīn)素(sù)綜合在(zài)一(yī)起考(kǎo)慮。

比(bǐ)能量減小(xiǎo)有利(lì)于降(jiàng)低稀(xī)釋率，同時(shí)與熔(róng)覆層厚度(dù)也有(yǒu)一定(dìng)的關(guān)系。在(zài)激光功(gōng)率一定(dìng)的條(tiáo)件下(xià)，熔覆層稀(xī)釋(shì)率(lǜ)随光(guāng)斑直徑增大而(ér)減小，當熔(róng)覆速度和光(guāng)斑直徑(jìng)一定(dìng)時，熔覆層(céng)稀釋率(lǜ)随激光(guāng)束功(gōng)率增(zēng)大而(ér)增大。另(lìng)外(wài)，随着(zhe)熔覆速度(dù)的增(zēng)加，基體的融化深度下降，基體材料對熔覆層(céng)的稀(xī)釋率(lǜ)下降(jiàng)。

在多道激光熔(róng)覆中(zhōng)，搭接(jiē)率是影(yǐng)響(xiǎng)熔覆層表(biǎo)面粗糙(cāo)度的主(zhǔ)要因素(sù)，搭(dā)接率(lǜ)提高，熔覆層表(biǎo)面粗(cū)糙度降低，但搭接部分的均勻(yún)性很難(nán)得(dé)到保證。熔覆道(dào)之間(jiān)相互搭接(jiē)區域的深(shēn)度與(yǔ)熔覆道正中的(de)深度有所不同，從而影響(xiǎng)了整(zhěng)個熔(róng)覆層的均(jun1)勻性。而且多道(dào)搭(dā)接熔覆(fù)的殘(cán)餘拉應力會疊(dié)加，使局部(bù)總應(yīng)力值(zhí)增(zēng)大，增大(dà)了熔覆層裂紋的敏(mǐn)感性(xìng)。預熱(rè)和回火能(néng)降低(dī)熔覆(fù)層(céng)的(de)裂紋(wén)傾向(xiàng)。

激光(guāng)熱處(chù)理

從裝備上講(jiǎng)，去除鋪粉或者送粉裝置的激(jī)光熔覆設備調(diào)整功率(lǜ)密度後(hòu)，就可以實(shí)現激(jī)光熱處理工藝(yì)。激光熱處理是一種表面熱處(chù)理技術(shù)，即利用(yòng)激光加熱金屬(shǔ)材料表(biǎo)面(miàn)實現表面熱處理。激(jī)光加熱具有極高的功率密度，即激(jī)光的(de)照射區域的單位面(miàn)積上(shàng)集中(zhōng)極高(gāo)的功率。由(yóu)于功率密度極高，工件傳(chuán)導散(sàn)熱無(wú)法及時将熱量傳走，結果使(shǐ)得(dé)工件(jiàn)被激(jī)光照(zhào)射區迅速升溫(wēn)到奧氏體(tǐ)化溫度實現(xiàn)快(kuài)速加(jiā)熱。當(dāng)激光(guāng)加熱結束，因為快速(sù)加熱(rè)時(shí)工件基(jī)體大(dà)體積中仍(réng)保持較低的溫(wēn)度，被加熱(rè)區域(yù)可以通過(guò)工件(jiàn)本身的熱(rè)傳導迅速冷(lěng)卻(què)，從而(ér)實現淬火等熱(rè)處理效果(guǒ)。激(jī)光(guāng)淬火效果(guǒ)：激光(guāng)淬火層(céng)的硬度(dù)分布曲線激光淬火(huǒ)層的(de)硬度(dù)分布(bù)激光(guāng)淬火(huǒ)技術可對各種(zhǒng)導軌(guǐ)、大型(xíng)齒輪(lún)、軸頸、汽(qì)缸内壁(bì)、模具、減(jiǎn)振器、摩(mó)擦輪、軋輥、滾(gǔn)輪(lún)零件進行(háng)表面(miàn)強化(huà)。适用(yòng)材料(liào)為中(zhōng)、高碳鋼，鑄(zhù)鐵。激光淬火的(de)應用實例：激光淬火強化(huà)的鑄(zhù)鐵發(fā)動機(jī)汽缸，其硬(yìng)度提高hb230提(tí)高(gāo)到(dào)hb680，使用壽命(mìng)提高2~3倍(bèi)。

激光熔(róng)覆是(shì)一個複雜的物理(lǐ)、化(huà)學冶(yě)金過(guò)程,熔覆過(guò)程中的參(cān)數對(duì)熔覆(fù)件的質量(liàng)有很大的(de)影響(xiǎng)。激光熔覆中的(de)過程(chéng)參數主要(yào)有(yǒu)激(jī)光功率、光(guāng)斑直徑、離焦(jiāo)量、送粉速度(dù)、掃描(miáo)速度、熔(róng)池(chí)溫度(dù)等,他(tā)們的對熔覆層的稀釋率(lǜ)、裂紋、表(biǎo)面粗(cū)糙(cāo)度以(yǐ)及熔(róng)覆零(líng)件的緻密性都有着很大(dà)影響(xiǎng)。同(tóng)時(shí),各參數之(zhī)間也(yě)相互(hù)影(yǐng)響,是一(yī)個非常複(fú)雜的過程。必須采用(yòng)合适的控(kòng)制方法将各種影響因素控制(zhì)在溶覆工(gōng)藝允(yǔn)許的範(fàn)圍内。随(suí)着控制技(jì)術以及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,激光熔(róng)覆技(jì)術(shù)越來越(yuè)向智能化(huà)、自動(dòng)化方(fāng)向前進。國(guó)外在(zài)這方面做(zuò)地比較好。從直(zhí)線和旋轉(zhuǎn)的一(yī)維激(jī)光熔覆,經(jīng)過x和y兩個方向(xiàng)同時運動的二(èr)維熔覆,到上世(shì)紀90年(nián)代初開始向三(sān)維同時運動熔覆構造金(jīn)屬零件發(fā)展。如(rú)今,已經把激光(guāng)器、五(wǔ)軸(zhóu)聯動數控激(jī)光加工機(jī)、外光(guāng)路系(xì)統、自(zì)動化(huà)可調合金(jīn)粉末(mò)輸送(sòng)系統(也可送絲)、專用(yòng)cad/cam軟件(jiàn)和全(quán)過程參數檢測(cè)系統(tǒng),集成構築(zhù)了閉(bì)環控(kòng)制(zhì)系(xì)統(tǒng),直(zhí)接制造出(chū)金屬零件(jiàn)。标(biāo)志着激(jī)光熔覆(fù)技術的發展登上(shàng)了新(xīn)的台階。各國在(zài)激光控(kòng)制方面的研究的新成(chéng)果往往都以..的(de)形(xíng)式進(jìn)行保護(hù), 如高質量的同(tóng)軸送粉熔覆系(xì)統以及閉(bì)環反(fǎn)饋控(kòng)制系(xì)統等(děng)。國内西北工業(yè)大學、清華大學(xué)、北京工業(yè)大學、上海(hǎi)交通大學和中國(guó)科學院(yuàn)等(děng)單位(wèi)在(zài)激光(guāng)熔覆過程控制(zhì)方面做了許多(duō)研究工作(zuò),國内(nèi)還有(yǒu)許(xǔ)多單位(wèi)正在積極開展(zhǎn)這方面的研究(jiū)工作。清華大學機械系激光加工研(yán)究(jiū)中(zhōng)心已(yǐ)研制出适合于(yú)直接(jiē)制造(zào)金屬(shǔ)零件的各種規(guī)格的同軸(zhóu)送粉(fěn)噴嘴和自動送粉器(qì),已(yǐ)申請相(xiàng)關發明(míng)..兩項。中(zhōng)科院已經開發(fā)出集(jí)成化激光(guāng)智能(néng)加工系統(tǒng)。但相對(duì)國(guó)外的(de)研究(jiū)和(hé)開(kāi)發水(shuǐ)平,國内在(zài)控制方面的研究還(hái)處在(zài)起步(bù)階段(duàn),控(kòng)制(zhì)措施和手(shǒu)段還不完善。對(duì)激光熔(róng)覆融池(chí)溫度的閉(bì)環控(kòng)制鮮(xiān)有報道,對(duì)熔覆質量的閉(bì)環控制(zhì)系統研究的并不(bú)充分(fèn)。

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