西安芜湖亨恒模具制造有限公司

激光熔覆技術是指以不同的填料方式在被塗覆基體🏃‍♀️表面上放置選擇的塗層材料，經激光輻照使🐕之和基體🐕表面💰一薄🤞層同💃時熔化，并快速凝固後形成稀釋🏃🏻度極低并與基🈲體材料成冶金結合的表面塗層，從而顯著改善基體材料✂️表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電器特性等🈲的工藝方法。結下來西安激光熔覆技術表面處理企業科普電鍍小編來和大家聊聊。

激光熔覆技術亦稱激光熔敷或激光包覆，是一種新的表面💃🏻改性技術。激光熔覆的目的就是在基體材料表面💃🏻生成具有高硬度、耐磨損、耐腐蝕、熱障礙等的功能層。以不同的填料方式在被塗覆基體表面上放置選擇的塗層材料，經激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固🏃‍♂️後形成稀釋🙇🏻度極低并與基體材料成冶金結合的表面塗層。從而達到表🈲面改性或修複的目的，既🔴滿足了對材料表🌏面特定性能的要求，又節約了大量♻️的貴重元素。與堆焊、噴塗、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織緻❗密、塗層✊與基體結合好、适合熔覆❄️材料多、粒度及含量變化大等特點，因此激光熔覆🐪技術應用前景十分廣闊。

激光熔覆通過同步或預置材料的方式，将外部材🎯料添加至基體經激光輻照後形成的熔池中，并使二者共同🌈快速凝固👌形成㊙️包覆層。

激光熔覆特點：熔覆層稀釋度低但結合力強，與基體呈冶金結合，可顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱🙇‍♀️、抗氧化或電氣👣特性，從而達到表面改性或修複的目的，滿足材料表面🔴特定性能要求的同時可節約大量的材料成本。與💯堆焊、噴塗、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織緻密、塗❌層與基體結合好、适合熔覆材💰料多、粒度及含量變化大等特點，因此激光熔覆技術應用前景十分廣闊。

從當前激光熔覆的應用情況來看，其主要應用于三個方🈲面：一⭐，對材料的表面改性，如燃汽輪機葉片🌈，軋輥，齒輪等；二，對産品的表面修複，如轉子，模具等。有關資料表明✊，修複後的部件🤞強度可達到原強度‼️的90%以上，其修複費用👅不到重置價格的1/5，更重要的是縮短了維修時間，解決了大型企業重大成套設備連續可靠運💛行所必須解決的轉動部件快速搶修難題。另外，對關鍵部件表面通過激光熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命；對模具表面進行激光㊙️熔覆處理，不僅提高模具強度，還可以降低2/3的制造成本，縮短4/5的制造周期。三，激光增材制造。通過同步送粉或送絲的方式，進行逐層的激光熔覆，進而獲得具有三維結構的零部件。該技術又可稱為激光熔化沉積、激光🚶金屬沉積、激光直接熔化沉積等。

熔覆材料：應用廣泛的激光熔覆材料主要有：鎳基、钴基、鐵基、钛合金、銅合金、顆粒型金屬基複合材料，陶瓷材料🔞等。

熔覆工藝：激光熔覆按熔覆材料的供給方式大概可分為🌈兩大🤩類，即預置式激光熔覆和同步式激光熔覆。

預置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面🔞的❓熔覆部位，然後采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉或絲形式加入，其中以粉末的形式.為常用。

同步式激光熔覆則是将粉末或絲材類熔覆材料經過噴嘴在❗熔覆過程中同步送入熔池中。熔覆材料以🈲粉或絲形👣式加入，其中以粉末的形式.為常用。

預置式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理---預置熔覆材料---預熱---激光熔覆---後熱處理。

同步式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理---預熱---同步激光熔覆---後熱處理。

按工藝流程，與激光熔覆相關的工藝主要是基材✊表🈲面🈲預🆚處🏃🏻‍♂️理㊙️方法、熔覆材料的供料方法、預熱和後熱處理。

激光器工作原理：激光熔覆成套設備組成：激光器、冷卻機⛹🏻‍♀️組、送粉機構、加工工作台等。

激光器的選用：主流的激光器類型均支持激光熔覆工✊藝，例如CO2激光器，固體激光器，光纖激光器，半導㊙️體激光器等。

目前應用廣泛的有CO2激光器，固體激光器。CO2激光器是應☀️用.廣、種類.多的一種激光器，在汽車工業、鋼鐵工業、造🏃🏻船工業、航空及宇航業、電機工業、機械工業、冶金工業、金屬加工等領域廣泛應用。約占全球工業激光器銷售額40%，北美更高達70%。CO2激光器是目前輸出功率達到.高級别的激光器之一，其主要特點是光束質量高，模式好，相幹性好，線寬❄️窄，工作穩定。傳統的❌固體激光器通常♈采用高功率氣體放電燈泵浦，其✂️泵浦效率約為3%到6%。泵浦燈發射出的大量能量轉化為熱能，需采用笨重的冷卻系😄統，不可消除的熱透鏡效應使光束質量變差。加之泵浦燈的壽命約為400小時，操作人員需花很多時間頻繁地換燈，中斷系⚽統工作，使自動化生産線的效率大大降低。與傳統🧑🏽‍🤝‍🧑🏻燈泵浦激光器比較，二極管泵浦固體激光器提高了轉換效率、壽命和光束質量。YAG激光器輸出波長為1.06μm，較CO2激光波長小1個數量級，因而更适合此類金屬的👌激光熔覆。

随着半導體激光技術的發展，出現了直接應用的大功率半導✍️體激光器來進行材料加工。該類型激🎯光器☁️是目🈚前所有激光器中效率.高的，目前其電光轉換效率可達到60％以上。但是該激光器的光束質量比較差，目前主要應⭕用于激光🌈表面熱處理、激光熔🈚覆和激光釺焊中。

直接高功率半導體激光器的發展将在激光熔覆成✉️形和☁️修複，以及激光熱處理等方面取代目前.為廣泛應用的CO2激光器，光纖耦合半導體激光器的發展将取🧡代CO2激光器和固🌈體激光器在材料焊接方面所占有的🌈大部分地位。

激光熔覆的工藝參數主要有激光功率、光斑直徑、熔覆速度、離🏃焦量、送粉速度、掃描速度、預熱溫度等。這些參數對熔覆層的稀🔴釋率、裂紋、表面粗糙度以及熔覆零件的緻密性等有很♻️大影響。各參數之間🤞也相互影響，是一個🥰非常複雜的過程，須采用合理的控制方法将這些參數💰控制在激光😘熔覆工藝允許的範圍内。

激光熔覆有3個重要的工藝參數，1.激光功率 2.光斑直♊徑 3.熔覆速度

1. 激光功率

激光功率越大，融化的熔覆金屬量越多，産生氣孔的概率越🈚大🌈。随着激光功率增加，熔覆層深度增加，周圍的液體金屬劇烈波🆚動，動态凝固結晶，使氣孔數量逐漸減少甚至得以消除，裂紋也逐漸減少。當熔覆層深度達到極🔅限深度後，随着功率提高，基體表面溫度升高，變形和開裂現象加劇🎯，激光功率過小，僅表面塗層融化，基體未熔，此時熔覆層表面出現局部起球、空洞等，達不到表面熔覆目的。

2. 光斑直徑

激光束一般為圓形。熔覆層寬度主要取決于激光束的光斑直徑，光斑直徑增加，熔覆層變寬。光斑尺寸不🚶‍♀️同會🙇🏻引起熔覆層表面能量分布變化，所獲得的熔覆🔞層形貌和組織🔴性能有較大差别。一般來說，在小尺寸光斑下，熔覆層質量較好，随着光斑尺寸增大，熔覆層質量下降。但光斑直徑過🈲小，不利于獲得大面積的熔覆層。

3. 熔覆速度

熔覆速度V與激光功率P有相似的影響。熔覆速度過高，合金🆚粉末不能完全融化，未起到優質熔覆的效果；熔覆速🧑🏽‍🤝‍🧑🏻度太低，熔池存在時間過長，粉末過燒，合金元素損失，同☀️時基體的熱輸入量大，會增加變形量。

激光熔覆參數不是獨立的影響熔覆層宏觀和微觀♋質量☂️，而是相互影響的。為了說明激光功率P、光斑⭐直徑👉D和熔覆速度V三者的綜合作用，提出了比能量Es的概念，即：Es=P/(DV)

即單位面積的輻照能量，可将激光功率密度和熔覆速度♌等因素綜合在一起考慮。

比能量減小有利于降低稀釋率，同時與熔覆層厚度也有一定的關系。在激光功率一定的條件下，熔覆層稀釋💛率随光斑直徑增大而減小，當熔覆速度和光斑直徑一定時，熔覆層稀🔞釋率随激光束功率增大而增大。另外，随‼️着熔覆速度的增加，基體的融化深度下降，基體材料對熔覆層的稀釋率下降。

在多道激光熔覆中，搭接率是影響熔覆層表面粗🚩糙度的主要因素，搭接率提高，熔覆層表面粗糙度降低，但搭接部分的均勻性很難得到保證。熔覆道之間相互搭接區域的深度與🈲熔覆道正中的深度有所不同🌈，從而影響了整個熔覆層的均勻性。而且多道搭接熔覆的殘餘拉應力會疊加，使局部總應力值增大，增大了熔覆層裂紋的敏感性。預熱和回火能降低熔覆層的裂紋🌐傾向。

激光熱處理

從裝備上講，去除鋪粉或者送粉裝置的激光熔覆設🏃備調整功率密度後，就可以實現激光熱處理工藝。激光熱處理是一種表面熱處理技術，即利用激光加熱金屬材料表面實現表面熱處🔴理。激光加熱具有極高的功率密度，即激光的照射區🔴域的單位面積上集中極高的功率。由于功率密度極高，工件傳導散熱無法及時将熱量傳走，結果使得工🔴件被激光照射區迅速升溫到奧氏體化溫度實現快速加🏃‍♀️熱。當激光加熱結🈲束，因為快速加熱時工件基體大體積中仍保持較低的溫度，被加熱區域可以通過工件本身的熱傳導迅💛速冷卻，從而實現淬火等👌熱處理效果。激光淬火效果：激光淬火層的硬度分😘布曲線激光淬火層的硬度分布激光淬火技術可對各種導軌、大型齒輪、軸頸、汽缸内壁、模具、減振器、摩擦輪、軋輥、滾輪零件進行表面強🥵化。适用材料🐕為✉️中、高碳鋼，鑄鐵。激光淬火的應用實例：激光淬火強化的⚽鑄鐵發動機汽缸，其硬度提高HB230提高到HB680，使用壽命提高2~3倍。

激光熔覆是一個複雜的物理、化學冶金過程,熔覆過程🏃‍♀️中的參數對熔覆件的質量有很大的影響。激光熔覆中的過程參數主要有激光功率、光斑直徑、離焦量🚶‍♀️、送粉速度、掃描🤞速度、熔池溫度等,他們的對熔覆層的稀釋率、裂🥵紋、表面粗糙度以及熔覆零件的緻密性都有着很大影響。同時,各參數之間也相互影響,是一個非常複雜的過程。必須采用合适的🏃🏻控制方法🍓将各種📞影響因素控制在溶覆工藝允許的範圍内。随着控制技術以及計算機技術的發展,激光熔覆技術越來越向智能化、自動化方向前進。國外在這方面做地比較📱好。從直線和旋轉的一維㊙️激光熔覆,經過X和Y兩個方向同時運動的二維熔覆,到上世紀90年代初開始向三維🙇🏻同時運動熔覆構造🥵金屬零件⭐發展。如今,已經把激光🈚器、五㊙️軸聯動數控激光加工機、外㊙️光路🔴系統、自動化可🌂調合金粉末輸送系統(也可送絲)、專用CAD/CAM軟件和全過程參數檢測系統,集成構築了閉環控制🔴系統,直接制造出金屬零件。标志着激光熔覆技術的發🐪展登上了新的台階。各國在激光控制方面的研究的新成果往往都以..的形式進行保護, 如高質量🥰的同軸送粉🌈熔覆系🌏統以及閉環反饋控制系統等。國内西👨‍❤️‍👨北工業大學、清華大學、北京工業大學、上海交通大學和中國科學院等單位在激光熔覆過程控制方面做了許多研🧑🏽‍🤝‍🧑🏻究工♈作,國内還有許多單位正在積極👌開展這方面的研究⚽工🚶作。清華大學機械系激光加工研究中心已研制出适合🏃于直接制造金屬零件的各種規格的同軸送粉噴嘴和自✏️動送粉器,已申請相關發明..兩項。中科院已經開發出集成🔱化激光智能加工系統。但相對國外的研究和開發水平,國内在控制方面的研究還處在起步階段,控制措施和手段還不‼️完善。對激光熔覆融池🧑🏽‍🤝‍🧑🏻溫度的閉環控制🈲鮮有報道,對熔覆質量的閉環控制系統研究的并不充分。

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