浅谈激光表面熔覆技术

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1、浅谈激光表面熔覆技术目录激光表面改性技术研究现状1激光熔覆技术发展现状2激光熔覆技术的应用3激光熔覆技术存在的问题4激光熔覆技术的发展50前言激光的发明是20世纪以来对人类及社会进步影响最深远的重大科技成果之一。激光以其方向性好、高亮度、好的单色性等特有的光学性能，己在多个学科、多个领域得到广泛的应用。激光加工技术是以高密度能源为中心，对零部件进行快速、局部的特种加工，使零部件达到所需要的性能，激光在激光表面改性方面的应用最为广泛。激光表面改性技术是运用高能激光束对工件表面进行改变性能的技术，可大幅度的提高材料或零部件的性能和寿命。1激光表面改性技术研究现状激光表面改性是八十年

2、代逐渐发展起来的一门新兴学科，它是激光在表面技术领域中的新应用。该技术可以大幅度提高金属材料的表面硬度、耐磨性和耐蚀性等。激光表面处理效果的优越性使其应用领域不断扩大，从黑色金属到有色金属，甚至还可用于非金属材料的表面改性。1激光表面改性技术研究现状激光表面处理同其他处理技术相比具有很多独特优点。首先，激光熔化后形成的组织化学均匀性很高，而且晶粒非常细小，因而强化了合金，使耐磨性大大提高；其次，由于热输入小，工件变形小，对基体产生的热影响很小等；另外，激光表面处理技术对环保几乎没有负面效应，明显的性能优势将使激光表面改性技术在众多表面改性技术中占据主导地位。随着激光器、机器人和

3、自动控制技术的发展，激光表面改性技术将向着大功率、自动化、智能化的方向迈进。激光表面改性技术加热熔化汽化激光物理气相沉积激光表面合金化激光表面非晶化激光表面相变硬化激光化学气相沉积激光表面熔凝激光熔覆激光冲击硬化激光表面改性方法分类根据采用的不同激光能量密度和不同处理方式，激光表面改性主要包括：激光表面合金化、激光熔覆、激光冲击强化、激光表面非晶化、激光表面熔凝和激光相变硬化。这些方法的目的都是为了使工作面获得基材无法达到或代价太大的高硬度、高耐磨性以及高耐蚀性等性能，从而在满足工作要求的基础上大幅度节约成本。1.1激光表面热处理激光表面热处理又称为激光表面淬火，是指应用激光将

4、金属材料表面加热到相变点以上，随着材料自身冷却，奥氏体转变成马氏体，使材料表面硬化，同时硬化层内残留有相当大的压应力，从而增加了表面的疲劳强度。对零件表面实施激光淬火，可以大大提高材料表面的耐磨性和抗疲劳性能。1.2激光表面熔凝处理激光表面熔凝是采用近于聚焦的激光束照射，将金属表面加热到熔点温度以上，使材料表面层熔化并在表面形成熔池，在光束移走后依靠自身冷却快速凝固，导致表层组织和性能变化的一种工艺。熔凝层中形成的铸态组织非常细密，能使性能得到改善，可以增强材料表层的耐磨性和耐蚀性。激光表面熔凝技术基本上不受材料种类的限制，可获得较深(可达2～3mm以上)的高性能涂层，易实现局

5、部处理，对基体的组织、性能尺寸影响很小，而且工艺操作方便。1.3激光熔覆激光熔覆是以激光作为热源，用不同的添料方式在被熔覆的基体上放置所选择的涂层材料，经过激光照射使之与基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低、并与基体材料形成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化能力及电气特性的工艺方法。1.4激光表面合金化激光表面合金化是一种用激光将合金化粉末和基材一起熔化后迅速凝固，在表面获得合金层的方法。这种方法既改变了材料表面的化学成分，又改变了表面的结构和物理状态，可使廉价基材获得良好的表面性能。1.5激光冲击硬化利用功率密度很高(108~

6、1011W/cm2)的激光束，在极短的脉冲持续时间内(10-3~10-9s)，照射金属表面，使其很快汽化并产生等离子体，在表面原子逸出期间产生动量脉冲而形成冲击波或应力波，作用于金属表面，使之产生塑性应变，从而改变金属表层显微组织结构和动态机械性能，提高材料的强度、硬度和疲劳极限。与传统的强化工艺，如喷丸强化和锻打强化相比，是一种洁净、无公害的处理方法。可以处理工件的圆角、拐角等应力集中部位。由于冲击时间短，可提高零件上拐角、孔、槽等局部区域的疲劳寿命。2激光熔覆发展现状激光熔覆是一种新型的表面再制造技术，主要用于改善和提高材料的表面性能及零件表面修复。它通过不同的添料方式（一

7、般包括同步送粉法和预置粉末法）在基材表面添加激光熔覆材料，并利用高能量激光束使其熔覆粉末与基材表面薄层一起熔凝的方法。由于合金粉末的性能优于基体，与基体呈冶金结合，因此使基体表面的耐高温、耐磨损和耐腐蚀等特性得到提高。2.1激光熔覆的原理与特点激光熔覆是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高功率激光束以恒定功率与热粉流同时入射到需要改善的工件表面上，一部分入射光被反射，一部分光被吸收。当瞬时被吸收的能量超过临界值后，熔覆材料和基材表面薄层熔化，金属熔化产生熔池，然后快速凝固形成冶金结合的添料熔