激光熔覆技術(shù)研究進(jìn)展

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1、激光熔覆技術(shù)的研究進(jìn)展摘要：激光熔覆技術(shù)是一種先進(jìn)的表面改性技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。本文綜述了國內(nèi)外激光熔覆技術(shù)的研究進(jìn)展，重點介紹了激光熔覆工藝方法、激光熔覆材料及激光熔覆層的性能，最后對激光熔覆技術(shù)的發(fā)展趨勢做了展望。關(guān)鍵詞：激光熔覆；熔覆材料；涂層性能Developmentsoflasercladdingtechnology(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,ShandongArchitectureUniversity,Jinan250101)Abstract:Lasercladdingisanadvancedsu

2、rfacemodificationtechnique,whichhasabroadprospectofapplications.ThedevelopmentoflasercladdingtechniqueweresummarizedinChinaandabroad.Theusuallasercladdingmaterials,thelasercladdingprocessandthepropertiesoflasercladdingcoatingweremainlyintroduced.Finally,thedevelopmenttendencyofLasercla

3、ddingwasforecast.Keywords:lasercladding;claddingmaterials;coatingproperties0前言激光熔覆，就是以激光作為熱源，用不同的添料方式在被熔覆的基體上放置所選擇的涂層材料，經(jīng)過激光照射使之與基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低、與基體材料形成冶金結(jié)合的表面涂層,從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化能力及電氣特性的工藝方法[1]。該技術(shù)集激光技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、傳感器技術(shù)及材料加工技術(shù)于一體，是一門多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科和新興的先進(jìn)制造技術(shù)。該技術(shù)自上世紀(jì)90年代開始

4、發(fā)展以來，在短短十幾年的時間里得到了廣泛的應(yīng)用，并被冠以不同的名稱：如送粉方式的激光工程化近成形（LENS）、直接光制造技術(shù)（DLF）、直接金屬沉積（DMD）、堆積成形制造（SDM）、激光固結(jié)（LC）、激光增材制造（LAM）、選擇性激光燒結(jié)（SLM）以及直接激光燒結(jié)（DSM）等，這些技術(shù)原理和加工方法基本相同，統(tǒng)稱為激光熔覆成形技術(shù)[2]。1激光熔覆工藝方法、工藝參數(shù)及特點1.1激光熔覆工藝方法按照圖層材料的添加方式的不同，激光熔覆的工藝方法分為預(yù)置法和同步送粉法，其原理如圖1所示[3]。預(yù)置法的工藝流程為先對基體將要熔覆的表面進(jìn)行預(yù)處理，然后將要涂層的材料通過噴涂

5、或粘結(jié)等方式預(yù)置于基體表面，然后經(jīng)激光束輻射進(jìn)行重熔，熔覆后可根據(jù)不同需要再進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚煌剿头鄯ǖ墓に嚵鞒虨楦鶕?jù)需要對集體待熔覆表面進(jìn)行預(yù)處理，然后將粉末直接噴涂在激光輻射所形成的移動熔池上，涂層一次性成型。比較兩種送粉方式可以發(fā)現(xiàn)，前者工藝簡單、操作靈活，但不易控制基體熔深，稀釋度大，所得熔覆層的結(jié)合強(qiáng)度相對較低，易產(chǎn)生氣泡等缺陷；6后者可以充分利用激光能量，工藝參數(shù)易控制，覆層質(zhì)量較好，生產(chǎn)效率高，但需配置計數(shù)精確的送粉裝備，對粉末也有特殊要求，如粒度、流動性等，另外，粉末浪費量較大，與噴涂相當(dāng)。從總體上來看，同步送粉法是今后激光熔覆工藝的發(fā)展趨勢[4]

6、。圖1激光熔覆原理示意圖[3]Fig1Principlediagramoflasercladding[3]1.2激光熔覆工藝參數(shù)激光熔覆工藝參數(shù)主要包括激光功率P、光斑尺寸（直徑D或面積S），激光掃描速度V、多道搭接系數(shù)、涂層材料的添加方式和保護(hù)方式等[5]。上述工藝參數(shù)是決定激光熔覆層的宏、微觀質(zhì)量的關(guān)鍵因素。此外還有一些綜合性的工藝參數(shù)，如：比能量、功率密度、線能量等[6]。其中，激光功率是影響熔覆層品質(zhì)的主要因素。隨著功率增加，熔覆層深度增加，周圍的液體流向氣孔而使氣孔的數(shù)量減少，裂紋的數(shù)量也減少；如果激光功率密度過低會使熔覆層表面出現(xiàn)局部氣球、空洞等外觀，達(dá)

7、不到表面熔覆和摻雜的目的[7]。掃描速度的大小決定了粉末的加熱時間和熔池的維持時間。掃描速度越低，粉末的加熱時間越長，熔池的維持時間越長。掃描速度提高，生成效率高，但是掃描速度過快，容易在熔覆層間產(chǎn)生氣孔。光斑形狀的不同使所獲得的熔覆層形貌和力學(xué)性能存在較大的差別。比熱能減小有利于降低稀釋率，只有把熔覆比熱能控制在一定范圍內(nèi)，才能獲得品質(zhì)優(yōu)良的涂層[8]。綜上可知，在實際的生產(chǎn)中，我們必須找到最佳的工藝參數(shù)才能提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。1.3激光熔覆技術(shù)的特點激光熔覆技術(shù)作為一種先進(jìn)的激光表面改性技術(shù)，具有如下的特點[9]：（1）激光束的能量密度高，加熱速度快，對