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激光熔(róng)覆技術是(shì)指以(yǐ)不同的填料方式将所選塗層(céng)合金粉末(mò)放置于基(jī)體表面，利(lì)用高能激光束輻照，使之作用(yòng)于基體(tǐ)表(biǎo)面，迅速熔(róng)化、擴展和(hé)凝固在(zài)基材表面的過程(chéng)，進而(ér)形成一層(céng)與基(jī)底材(cái)料相(xiàng)結合的(de)覆(fù)蓋層(céng)。這個(gè)新生成的覆蓋層能(néng)夠顯著改善甚至(zhì)再造基(jī)體材料，使其能(néng)夠(gòu)達到耐磨損(sǔn)、耐熱、耐腐蝕、抗(kàng)氧化及其他目标特性(xìng)。

激光熔(róng)覆技術是一個複雜的(de)物(wù)理、化(huà)學冶金過程，激光參數的(de)設置(zhì)對熔覆(fù)層質量(liàng)的影響(xiǎng)較(jiào)大。除此之(zhī)外，合金粉(fěn)末的選(xuǎn)擇也是重要的因素。激(jī)光熔覆(fù)合(hé)金粉(fěn)末按(àn)照材(cái)料成(chéng)分構(gòu)成可(kě)分為(wéi)：自熔性(xìng)合金粉(fěn)末、複(fú)合粉末和(hé)陶瓷(cí)粉(fěn)末(mò)。其中(zhōng)，自熔性合(hé)金粉末的在現(xiàn)實中(zhōng)研究(jiū)與應用.多(duō)。

一、自(zì)熔(róng)性合金(jīn)粉末

自(zì)熔(róng)性合(hé)金粉末(mò)可以分(fèn)為鐵(tiě)基(jī)(fe)、鎳基(ni)、钴基(co)合金(jīn)粉末，其(qí)主要特點是含有硼(b)和矽(si)，因而(ér)具有自(zì)脫(tuō)氧(yǎng)和(hé)造渣性能;還含(hán)有較高的鉻，它(tā)們優先與(yǔ)合金粉(fěn)末中的(de)氧和(hé)工件表面氧化(huà)物一起熔融生(shēng)成低熔(róng)點的硼矽酸鹽等(děng)覆蓋(gài)在熔池表面，防(fáng)止液态金(jīn)屬過度氧化，從(cóng)而改(gǎi)善熔(róng)體(tǐ)對基體(tǐ)金屬(shǔ)的潤濕能(néng)力，減(jiǎn)少熔覆層(céng)中的夾(jiá)雜(zá)和含氧量，提高(gāo)熔覆(fù)層的(de)工藝成形(xíng)性能，因(yīn)而具有(yǒu)優異的耐蝕性(xìng)和抗氧化性。對碳鋼(gāng)、不鏽(xiù)鋼、合金鋼、鑄(zhù)鋼(gāng)等多種基(jī)材有較好(hǎo)的(de)适應性，能獲(huò)得氧(yǎng)化(huà)物含量低、氣孔率小的熔覆層。但對于(yú)含硫鋼，由(yóu)于硫的存在(zài)，在交界(jiè)面處易形成一(yī)種低熔點的脆(cuì)性物(wù)相，使得覆(fù)層易(yì)于剝(bāo)落，因(yīn)此(cǐ)應慎重(zhòng)選用(yòng)。

01　　鐵基(jī)(fe)自熔性合(hé)金粉末

fe基自熔性合金粉(fěn)末适(shì)用于要(yào)求(qiú)局部(bù)耐(nài)磨且(qiě)容易變(biàn)形的零件，基體(tǐ)多為鑄(zhù)鐵和低(dī)碳鋼(gāng)，其.大優點是材料來源廣泛、成本低且抗(kàng)磨性(xìng)能好。缺(quē)點(diǎn)是熔點高、抗氧化性差，熔覆層(céng)易開裂(liè)、易(yì)産生氣孔等。在(zài)鐵基(jī)合金(jīn)粉(fěn)末成(chéng)分(fèn)中，通過調整合(hé)金元素(sù)含量來(lái)調整塗(tú)層的硬(yìng)度，并通過(guò)添加(jiā)其它(tā)元(yuán)素改善(shàn)熔覆層(céng)的硬度、開裂敏(mǐn)感性和(hé)殘餘奧氏體的含量，從而提高(gāo)熔覆層的耐磨性和韌性。激光(guāng)熔覆(fù)用(yòng)的(de)鐵基(jī)自熔性合金粉(fěn)末分為兩(liǎng)種類(lèi)型：奧氏(shì)體不鏽(xiù)鋼型和高(gāo)鉻鑄(zhù)鐵型。

鐵(tiě)基合金(jīn)粉末(mò)

近年來，有(yǒu)關激光熔覆的(de)研究，不少(shǎo)人圍繞鐵(tiě)基粉末中(zhōng)加入其它成分進行實(shí)驗。結果(guǒ)表明，加入(rù)稀土改善了熔覆層表面鈍(dùn)化(huà)膜的抗剝落(luò)能力，在(zài)不同程度(dù)上減輕(qīng)了(le)材(cái)料的腐(fǔ)蝕失重，提(tí)高了(le)熔覆(fù)層的(de)耐腐(fǔ)蝕能力。

02　　鎳基(ni)自(zì)熔性(xìng)合金粉末(mò)

ni基(jī)自熔性合金(jīn)粉末以(yǐ)其(qí)良好(hǎo)的潤濕性、耐蝕(shí)性、高溫(wēn)自潤滑(huá)作用(yòng)和适(shì)中的(de)價格(gé)在激光熔(róng)覆材料中研究(jiū).多、應用.廣。

鎳基(jī)合金粉末

鎳基(jī)(ni)自熔性合金粉(fěn)末在滑動(dòng)、沖擊磨損(sǔn)和磨粒磨(mó)損嚴(yán)重(zhòng)的條件(jiàn)下，單純的自熔(róng)性合(hé)金(jīn)粉已不能勝(shèng)任使(shǐ)用要(yào)求，此時可在自熔性(xìng)合金(jīn)粉末(mò)中加入各種高(gāo)熔點(diǎn)的(de)碳化物(wù)、氮化物(wù)、硼化物和氧化物(wù)陶瓷(cí)顆粒，制成(chéng)金屬複合塗層。

03　　钴基(jī)(co)自熔(róng)性(xìng)合金粉末

钴(gǔ)基(jī)(co)自熔性(xìng)合金粉末具有(yǒu)優良(liáng)的(de)耐熱、耐(nài)蝕、耐磨、抗沖擊(jī)和抗(kàng)高溫氧化(huà)性能，常被(bèi)應用于石(shí)化、電(diàn)力(lì)、冶(yě)金等工業(yè)領域(yù)的耐(nài)磨耐(nài)蝕耐(nài)高溫等(děng)場合。co基(jī)自熔性合金潤(rùn)濕性好，其(qí)熔點(diǎn)較碳(tàn)化(huà)物低，受(shòu)熱後co元(yuán)素.先處(chù)于熔化狀态，而(ér)合金凝(níng)固時它.先與其(qí)它元素(sù)形成(chéng)新(xīn)的(de)物相(xiàng)，對熔(róng)覆層的強(qiáng)化極為有(yǒu)利。目前，钴基合(hé)金所(suǒ)用的合金元素主要是鎳、碳、鉻(gè)和鐵等。其中，鎳元素(sù)可以降低钴基(jī)合(hé)金熔覆(fù)層的熱膨脹系(xì)數，減小合(hé)金的(de)熔化溫度區間(jiān)，有效(xiào)防止熔覆(fù)層(céng)産(chǎn)生(shēng)裂紋，提(tí)高熔覆(fù)合金對(duì)基體的潤濕性(xìng)。

钴基合金粉末

綜合(hé)分析可以看出，ni基或co基自(zì)熔性(xìng)合金(jīn)粉末(mò)體系具有(yǒu)良好的自(zì)熔性和耐(nài)蝕、耐磨(mó)、抗(kàng)氧化(huà)性能，但價格較(jiào)高;fe基自熔(róng)性(xìng)合(hé)金粉(fěn)末雖(suī)然便(biàn)宜，但自熔性差(chà)，易開裂和氧化(huà)。因此(cǐ)，在實際應(yīng)用中，應根(gēn)據使(shǐ)用要求合(hé)理選(xuǎn)擇自熔性合金(jīn)粉末體系(xì)。

二、複(fú)合粉(fěn)末(mò)

複合粉(fěn)末主(zhǔ)要是指碳(tàn)化物(wù)、氮化(huà)物、硼(péng)化物、氧化物及(jí)矽化(huà)物等(děng)各種(zhǒng)高熔(róng)點硬(yìng)質陶瓷材料與金屬混合或複(fú)合而形成(chéng)的粉末體(tǐ)系。複合粉(fěn)末可(kě)以(yǐ)借助激光熔(róng)覆技術制備出陶瓷(cí)顆粒(lì)增強(qiáng)金屬(shǔ)基(jī)複(fú)合塗層，将金屬的強韌性、良好(hǎo)的工(gōng)藝性和(hé)陶(táo)瓷(cí)材料優異的(de)耐磨(mó)、耐蝕、耐(nài)高溫和(hé)抗氧化特(tè)性有機(jī)結(jié)合起來，能(néng)在一定程度上使碳化物免受(shòu)氧化和(hé)分(fèn)解，從而獲(huò)得具有很(hěn)高耐磨和硬度(dù)的塗層，這(zhè)是是(shì)目前激光熔覆技術(shù)領(lǐng)域研究(jiū)發展的熱(rè)點。其中，碳(tàn)化物合金(jīn)粉末和氧化物(wù)合金粉(fěn)末研究(jiū)和應用(yòng).多，主要(yào)應用(yòng)于制(zhì)備耐(nài)磨塗(tú)層。複合粉(fěn)末中的碳化物(wù)顆粒可以直接(jiē)加入激(jī)光(guāng)熔池或者直接與金(jīn)屬粉末混(hùn)合成(chéng)混合粉末，但更(gèng)有效的(de)是(shì)以包(bāo)覆型(xíng)粉(fěn)末(如鎳包碳(tàn)化物、钴包(bāo)碳(tàn)化物)的形式(shì)加入。

鎳(niè)基(jī)碳化(huà)鎢粉末

在(zài)激光熔覆過(guò)程中，包覆型粉末的包覆金(jīn)屬對芯核(hé)碳化物(wù)能起到(dào)有效保護(hù)、減弱高能激(jī)光與碳(tàn)化物的直(zhí)接作(zuò)用，可有效(xiào)減弱(ruò)或避免碳(tàn)化物(wù)發生(shēng)燒損(sǔn)、失碳、揮發等現象。

三(sān)、陶瓷(cí)粉(fěn)末(mò)

陶瓷(cí)粉末主要包括(kuò)矽化物陶瓷粉末和氧化物陶瓷粉末，其中又以氧化物陶瓷(cí)粉(fěn)末(mò)(氧化(huà)鋁和(hé)氧化(huà)锆)為主。氧化锆比氧(yǎng)化鋁陶瓷粉末具有(yǒu)更低(dī)的(de)熱導性(xìng)和更好的熱抗(kàng)震性能，因(yīn)而也(yě)常用于制備熱(rè)障塗層(céng)。由于陶(táo)瓷粉末具有優(yōu)異的耐磨(mó)、耐蝕(shí)、耐高溫和抗(kàng)氧(yǎng)化特(tè)性，所(suǒ)以它(tā)常被用于制備(bèi)高溫耐(nài)磨耐蝕(shí)塗層(céng)。目前，生物(wù)陶瓷(cí)材料(liào)是研究的(de)一個熱點(diǎn)。

氧化锆陶瓷粉

陶瓷(cí)粉末缺點(diǎn)：與(yǔ)基體金屬的熱膨脹系數、彈(dàn)性模量及導熱系數等差(chà)别較(jiào)大，熔覆層易出(chū)現(xiàn)裂(liè)紋和孔洞(dòng)等缺陷，在使用(yòng)中容易出(chū)現變(biàn)形開裂、剝落損壞等現象。

為了(le)解決純陶瓷塗(tú)層中的裂(liè)紋(wén)及(jí)與金屬(shǔ)基體的高強結(jié)合，有學(xué)者嘗試使用中間過(guò)渡(dù)層并在(zài)陶瓷層中(zhōng)加(jiā)入低熔(róng)點(diǎn)高膨脹(zhàng)系數(shù)的cao、sio2、tio2等來降低内(nèi)部應力，緩(huǎn)解了(le)裂紋傾向(xiàng)，但現有的研(yán)究(jiū)表明(míng)，純陶(táo)瓷塗(tú)層的(de)裂(liè)紋和剝(bāo)落問題并未得(dé)到很好解(jiě)決，因(yīn)此有(yǒu)待于進一步深入研究。

目前對激光熔覆生物(wù)陶瓷(cí)材料(liào)的研究主要集中在ti基合(hé)金(jīn)、不(bú)鏽鋼等(děng)金(jīn)屬表面進(jìn)行(háng)激光熔(róng)覆的(de)羟(qiǎng)基磷灰石(shí)(hap)、氟磷(lín)灰石以(yǐ)及含(hán)ca、pr等(děng)生物陶(táo)瓷材料上(shàng)。羟基(jī)磷灰石生(shēng)物陶瓷具(jù)有良好的生物相容(róng)性，作為人體牙齒(chǐ)早已受到國内外(wài)有關(guān)學者的廣(guǎng)泛重視。總(zǒng)體來(lái)說激(jī)光熔覆生(shēng)物陶瓷材料的(de)研究起(qǐ)步雖然(rán)較晚，但發(fā)展非常迅速，是(shì)一個(gè)前景廣闊(kuò)的研(yán)究方向(xiàng)。

四、其(qí)他金屬粉末

除以上幾類激光熔(róng)覆粉末(mò)材料體系，目前(qián)已開發(fā)研究(jiū)的熔覆材(cái)料體(tǐ)系還(hái)包括：銅基、钛基、鋁基、鎂基(jī)、锆基、鉻基(jī)以及金(jīn)屬(shǔ)間化(huà)合物基材料等。這些材(cái)料(liào)多數是利(lì)用合(hé)金體系的某些(xiē)特殊性質使其(qí)達到(dào)耐磨、減摩、耐(nài)蝕(shí)、導電(diàn)、抗高(gāo)溫、抗熱氧化(huà)等一種或多(duō)種功(gōng)能。

1、銅(tóng)基(jī)

銅基激光熔(róng)覆材(cái)料主要(yào)包(bāo)括cu-ni-b-si、cu-ni-fe-co-cr-si-b、cu-al2o3、cu-cuo等(děng)銅基合金粉末及複(fú)合粉(fěn)末材料。利用銅(tóng)合金體系存在(zài)液相分(fèn)離現象(xiàng)等冶金性質，可以設(shè)計(jì)出激光(guāng)熔覆(fù)銅(tóng)基自生(shēng)複(fú)合材料的銅(tóng)基複(fú)合粉末材(cái)料。研究(jiū)表(biǎo)明，其激光(guāng)熔(róng)覆層中(zhōng)存在大量(liàng)的自生硬(yìng)質顆粒增(zēng)強體，具有(yǒu)良好(hǎo)的耐(nài)磨性。單際(jì)國等利(lì)用cu與fe具(jù)有液相分離和(hé)母材(cái)與堆焊材(cái)料的冶金反應(yīng)特性，采用(yòng)激光熔覆制(zhì)備了fe3si彌(mí)散分布的(de)銅基合金複合(hé)熔覆(fù)層。研究(jiū)表明：激光熔(róng)覆(fù)過程中(zhōng)，由母材(cái)熔(róng)化而(ér)進入熔池的fe元素與熔池(chí)中的(de)cu合金(jīn)呈液相分離狀(zhuàng)态(tài);進(jìn)入溶池的fe由于(yú)密度(dù)小而上(shàng)浮，上浮過(guò)程中(zhōng)與熔池(chí)中的si反(fǎn)應生成(chéng)fe3si，fe3si在激光(guāng)熔覆層(céng)中呈彌散狀梯度分(fèn)布于α-cu基體(tǐ)中。

銅基合(hé)金粉(fěn)末

2、钛基

钛基熔(róng)覆材料主要用于改(gǎi)善(shàn)基體金(jīn)屬材料表(biǎo)面的(de)生物(wù)相容性、耐(nài)磨性(xìng)或耐(nài)蝕(shí)性(xìng)等。研究的钛基(jī)激光(guāng)熔覆粉末(mò)材料(liào)主要是純(chún)ti粉(fěn)、ti6al4v合(hé)金粉末以(yǐ)及ti-tio2、ti-tic、ti-wc、ti-si等钛基複合(hé)粉末。張松(sōng)等在(zài)氩氣(qì)氛環(huán)境下(xià)，在ti6al4v合(hé)金表面激(jī)光熔覆ti-tic複合塗(tú)層，研究表明複合塗層中原位自生形(xíng)成(chéng)了微小的tic顆(kē)粒，複合(hé)塗(tú)層(céng)具(jù)有優良的摩(mó)擦(cā)磨損(sǔn)性(xìng)能。

钛基合金粉(fěn)(tc)

3、鎂基(jī)

鎂(měi)基熔覆(fù)材料主(zhǔ)要用于(yú)鎂合金(jīn)表面的(de)激光熔覆，以提高鎂合金表面(miàn)的耐(nài)磨性能和(hé)耐蝕性(xìng)能。j.duttamajumdar等在(zài)普通(tōng)商(shāng)用(yòng)鎂合金上熔(róng)覆(fù)鎂基mez粉末(成分(fèn)：zn：0.5%，mn：0.1%，zr：0.1%，re：2%，mg：bal)。研究表明(míng)，熔(róng)覆(fù)層顯微硬度由(yóu)hv35提高(gāo)到hv 85～100，并且因為晶(jīng)粒細(xì)化和(hé)金屬間化(huà)合物的重(zhòng)新分布，熔覆層在3.56wt%nacl溶(róng)液中的抗(kàng)腐蝕性能比基(jī)體鎂(měi)合(hé)金大大(dà)提高(gāo)。

鎂基合金(jīn)粉

4、鋁基

sorinignat等在we43和(hé)ze41兩種鎂合(hé)金基(jī)體上采用3kw的nd∶yag激(jī)光器側向(xiàng)送粉(fěn)熔覆鋁(lǚ)粉(fěn)，得到(dào)了結合性能良好的(de)熔覆層。研(yán)究(jiū)發現(xiàn)，塗(tú)層硬度值達到(dào)hv0.05120～200，硬度(dù)提高的主(zhǔ)要原因是al3mg2和al12mg17金屬化(huà)合物(wù)的存(cún)在。zmei等在鎂基zk60/sic基(jī)體上(shàng)激光熔覆(fù)鋁基(jī)al-zn粉末(mò)，得到了冶(yě)金良好的熔覆層。研究表明，熔(róng)覆層腐蝕電位(wèi)比标(biāo)準試樣電位高300mv，而(ér)腐蝕電(diàn)流則(zé)至(zhì)少低3個(gè)數量級。

鋁(lǚ)基合金粉末

5、锆基

在(zài)純钛基體(tǐ)上激光熔覆锆基zralnicu合(hé)金粉(fěn)末(mò)，并對塗(tú)層進(jìn)行了(le)研究(jiū)分析(xī)。發現，塗層(céng)由具有高(gāo)比強(qiáng)、高硬度的(de)金屬(shǔ)間化合(hé)物(wù)與少(shǎo)量的(de)非晶(jīng)相構(gòu)成，具有較(jiào)好的(de)力學性能;在zralnicu合(hé)金粉(fěn)末中添加2wt%b和2.75wt%si，發現塗層中非晶(jīng)含量(liàng)增加(jiā)，硬度升(shēng)高，兩種(zhǒng)塗層的.高硬度(dù)分别達到(dào)hv909.6和hv1444.8。

锆基合金(jīn)粉(fěn)

五、總結：

不(bú)同熔覆材(cái)料(liào)的(de)特點(diǎn)、價格(gé)以及熔(róng)覆(fù)後的性能差别較大，實際使(shǐ)用時可(kě)根據(jù)不同的加(jiā)工需求選擇不同性(xìng)能(néng)的合(hé)金(jīn)粉末。通(tōng)過激光(guāng)将合(hé)金(jīn)粉末熔(róng)覆在工件表面(miàn)(激光(guāng)熔覆)，可以(yǐ)在廉價金(jīn)屬基(jī)材上(shàng)制備出高(gāo)性能(néng)的(de)合(hé)金表面而(ér)不影響基(jī)體(tǐ)的性質(zhì)，有效(xiào)降低(dī)生(shēng)産成本(běn)，節約貴重(zhòng)稀有(yǒu)金屬材料。與堆(duī)焊、熱噴塗、電鍍(dù)等傳統表面處(chù)理技術相比，激(jī)光熔(róng)覆具有稀(xī)釋度小、組織緻密、塗層與(yǔ)基體(tǐ)結合好、适合熔(róng)覆材料(liào)多(duō)、粒度(dù)及含(hán)量變(biàn)化大(dà)、加工質量高、可(kě)控性(xìng)好(可(kě)實現三維(wéi)自動加工(gōng))等優點。

目(mù)前主(zhǔ)要應(yīng)用于材料(liào)表面改(gǎi)性(如液(yè)壓立(lì)柱、軋輥、齒輪、燃汽(qì)輪機葉(yè)片等(děng))，産品表面(miàn)修複(如因磨損(sǔn)而失效的轉子、模具、軸承(chéng)内孔等)，修(xiū)複(fú)後的部(bù)件強度可達原強度(dù)的90%以(yǐ)上，且修複費用不到産品換新成本(běn)的1/5，更(gèng)重要(yào)的是(shì)縮短(duǎn)了維(wéi)修(xiū)時(shí)間，有效解決了大型企(qǐ)業(yè)重大(dà)成套(tào)設備(bèi)轉動(dòng)部件快速(sù)搶修(xiū)難題(tí)。

此外(wài)，對關(guān)鍵部件表面通過激光熔覆耐磨抗蝕合(hé)金，可(kě)以在零部件表(biǎo)面不變形的情(qíng)況下大大(dà)提高(gāo)零部件(jiàn)的使用(yòng)壽命。對模(mó)具表(biǎo)面進行(háng)激光熔(róng)覆處理，不僅提高模具強度，還(hái)可以降低(dī)2/3的制造成(chéng)本，縮短4/5的(de)制(zhì)造周期。

總的(de)來說(shuō)激(jī)光熔覆(fù)技術是(shì)一(yī)項具有高(gāo)科技(jì)含量(liàng)的表(biǎo)面改性技(jì)術與裝備維修(xiū)技術，其研(yán)究和(hé)發展(zhǎn)具有(yǒu)重要(yào)的理論意義和經濟(jì)價值。

激光(guāng)熔覆材(cái)料是制約激(jī)光熔(róng)覆(fù)技術發展和(hé)應用的主(zhǔ)要因(yīn)素。目(mù)前在研(yán)制激光(guāng)熔覆材料方面(miàn)雖取得了一定進展，但與(yǔ)按照(zhào)設計的(de)熔覆件(jiàn)性能(néng)和應用要求定量地設計合金(jīn)成分還存(cún)在很長(zhǎng)距(jù)離，激(jī)光熔(róng)覆材(cái)料遠(yuǎn)未形(xíng)成系列化(huà)和(hé)标準化，尚需(xū)要加(jiā)大(dà)力度進行深入(rù)研究。