激光熔覆技术研究进展

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1、激光熔覆技术的研究进展摘要：激光熔覆技术是一种先进的表面改性技术，具有广泛的应用领域。本文综述了国内外激光熔覆技术的研究进展，重点介绍了激光熔覆工艺方法、激光熔覆材料及激光熔覆层的性能，最后对激光熔覆技术的发展趋势做了展望。关键词：激光熔覆；熔覆材料；涂层性能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、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]。该技术集激光技术、计算机技术、数控技术、传感器技术及材料加工技术于一体，是一门多学科交叉的边缘学科和新兴的先进制造技术。该技术自上世纪90年代开始

4、发展以来，在短短十几年的时间里得到了广泛的应用，并被冠以不同的名称：如送粉方式的激光工程化近成形（LENS）、直接光制造技术（DLF）、直接金属沉积（DMD）、堆积成形制造（SDM）、激光固结（LC）、激光增材制造（LAM）、选择性激光烧结（SLM）以及直接激光烧结（DSM）等，这些技术原理和加工方法基本相同，统称为激光熔覆成形技术[2]。1激光熔覆工艺方法、工艺参数及特点1.1激光熔覆工艺方法按照图层材料的添加方式的不同，激光熔覆的工艺方法分为预置法和同步送粉法，其原理如图1所示[3]。预置法的工艺流程为先对基体将要熔覆的表面进行预处理，然后将要涂层的材料通过喷涂

5、或粘结等方式预置于基体表面，然后经激光束辐射进行重熔，熔覆后可根据不同需要再进行适当的热处理；同步送粉法的工艺流程为根据需要对集体待熔覆表面进行预处理，然后将粉末直接喷涂在激光辐射所形成的移动熔池上，涂层一次性成型。比较两种送粉方式可以发现，前者工艺简单、操作灵活，但不易控制基体熔深，稀释度大，所得熔覆层的结合强度相对较低，易产生气泡等缺陷；6后者可以充分利用激光能量，工艺参数易控制，覆层质量较好，生产效率高，但需配置计数精确的送粉装备，对粉末也有特殊要求，如粒度、流动性等，另外，粉末浪费量较大，与喷涂相当。从总体上来看，同步送粉法是今后激光熔覆工艺的发展趋势[4]

6、。图1激光熔覆原理示意图[3]Fig1Principlediagramoflasercladding[3]1.2激光熔覆工艺参数激光熔覆工艺参数主要包括激光功率P、光斑尺寸（直径D或面积S），激光扫描速度V、多道搭接系数、涂层材料的添加方式和保护方式等[5]。上述工艺参数是决定激光熔覆层的宏、微观质量的关键因素。此外还有一些综合性的工艺参数，如：比能量、功率密度、线能量等[6]。其中，激光功率是影响熔覆层品质的主要因素。随着功率增加，熔覆层深度增加，周围的液体流向气孔而使气孔的数量减少，裂纹的数量也减少；如果激光功率密度过低会使熔覆层表面出现局部气球、空洞等外观，达

7、不到表面熔覆和掺杂的目的[7]。扫描速度的大小决定了粉末的加热时间和熔池的维持时间。扫描速度越低，粉末的加热时间越长，熔池的维持时间越长。扫描速度提高，生成效率高，但是扫描速度过快，容易在熔覆层间产生气孔。光斑形状的不同使所获得的熔覆层形貌和力学性能存在较大的差别。比热能减小有利于降低稀释率，只有把熔覆比热能控制在一定范围内，才能获得品质优良的涂层[8]。综上可知，在实际的生产中，我们必须找到最佳的工艺参数才能提高产品质量、降低成本。1.3激光熔覆技术的特点激光熔覆技术作为一种先进的激光表面改性技术，具有如下的特点[9]：（1）激光束的能量密度高，加热速度快，对