激光_激光的產(chǎn)生原理和應(yīng)用_激光的特點和危害激光技術(shù)_激光加工_激光的用途激光測距技術(shù)_激光測距儀工作原理激光陀螺_激光陀螺工作原理_激光陀螺的發(fā)展半導(dǎo)體激光_半導(dǎo)體激光器發(fā)展應(yīng)用

什么是激光熔覆

激光熔覆是一種表面改性技術(shù)，又稱激光熔敷或激光包覆。激光熔覆通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。

具體來說激光熔覆技術(shù)是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。

激光熔覆技術(shù)是一種經(jīng)濟效益很高的新技術(shù)，它可以在廉價金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，降低成本，節(jié)約貴重稀有金屬材料。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點，而且可控性好，可實現(xiàn)三維自動加工，加工質(zhì)量高。因此，激光熔覆技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊，而且世界上各工業(yè)先進(jìn)國家對激光熔覆技術(shù)的研究及應(yīng)用都非常重視

激光熔覆技術(shù)原理和流程

1、激光熔覆工藝

按熔覆材料的供給方式激光熔覆工藝大概可分為兩大類，即預(yù)置式激光熔覆和同步式激光熔覆。

預(yù)置式激光熔覆是將熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉、絲、板的形式加入，其中以粉末的形式最為常用。

同步式激光熔覆則是將熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同時完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用線材或板材進(jìn)行同步送料。

預(yù)置式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預(yù)處理---預(yù)置熔覆材料---預(yù)熱---激光熔化---后熱處理。

同步式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預(yù)處理---送料激光熔化---后熱處理。

按工藝流程，與激光熔覆相關(guān)的工藝主要是基材表面預(yù)處理方法、熔覆材料的供料方法、預(yù)熱和后熱處理。

2、激光熔覆設(shè)備--激光器

應(yīng)用于激光熔覆的激光器主要有CO2激光器和固體激光器（主要包括碟片激光器，光纖激光器和二極管激光器，老式燈泵浦激光器由于光電轉(zhuǎn)化效率低，維護(hù)繁瑣等問題已逐漸淡出市場）。對于連續(xù)CO2激光熔覆，國內(nèi)外學(xué)者已做了大量研究.高功率固體激光器的研制發(fā)展迅速，主要用于有色合金表面改性。據(jù)文獻(xiàn)報道，采用CO2激光進(jìn)行鋁合金激光熔覆，鋁合金基體在CO2激光輻照條件下容易變形，甚至塌陷。固體激光器，特別是碟片激光器輸出波長為1.06μm，較CO2激光波長小1個數(shù)量級，因而更適合此類金屬的激光熔覆。

激光器工作原理：

激光熔覆成套設(shè)備組成：激光器、冷卻機組、送粉機構(gòu)、加工工作臺等。

激光器的選用：應(yīng)用廣泛的有CO2激光器，固體激光器。

激光熔覆應(yīng)用

1、激光熔覆應(yīng)用領(lǐng)域

進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，激光熔覆技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，已成為國內(nèi)外激光表面改性研究的熱點。激光熔敷技術(shù)具有很大的技術(shù)經(jīng)濟效益，廣泛應(yīng)用于機械制造與維修、汽車制造、紡織機械、航海與航天和石油化工等領(lǐng)域。

激光熔覆的應(yīng)用主要在兩個方面，即耐腐蝕（包括耐高溫腐蝕）和耐磨損，應(yīng)用的范圍很廣泛，例如內(nèi)燃機的閥門和閥座的密封面，水、氣或蒸汽分離器的激光熔覆等。

激光熔覆鐵基合金粉末適用于要求局部耐磨而且容易變形的零件。鎳基合金粉末適用于要求局部耐磨、耐熱腐蝕及抗熱疲勞的構(gòu)件。鈷基合金粉末適用于要求耐磨、耐蝕及抗熱疲勞的零件。陶瓷涂層在高溫下有較高的強度，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性高，適用于要求耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化性的零件。

2、激光熔覆發(fā)展前景

激光熔覆技術(shù)已經(jīng)取得一定的成果，正處于逐步走向工業(yè)化應(yīng)用的起步階段。今后的發(fā)展前景主要有以下幾個方面：

（1）熔覆材料的設(shè)計與開發(fā)。

（2）激光熔覆的基礎(chǔ)理論研究。

（3）理論模型的建立。

（4）激光熔覆設(shè)備的改進(jìn)與研制。

（5）激光熔覆的快速成型技術(shù)。

（6）熔覆過程控制的自動化。

3、激光熔覆技術(shù)存在的問題

激光熔覆層質(zhì)量的優(yōu)劣評價，主要從兩個方面來考慮。一是宏觀上，考察熔覆道形狀、表面不平度、裂紋、氣孔及稀釋率等；二是微觀上，考察是否形成良好的組織，能否提供所要求的性能。此外，還應(yīng)測定表面熔覆層化學(xué)元素的種類和分布，注意分析過渡層的情況是否為冶金結(jié)合，必要時要進(jìn)行質(zhì)量壽命檢測。

研究工作的重點是熔覆設(shè)備的研制與開發(fā)、熔池動力學(xué)、合金成分的設(shè)計、裂紋的形成、擴展和控制方法、以及熔覆層與基體之間的結(jié)合力等。

激光熔敷技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用面臨的主要問題是：

①光熔敷過程的檢測和實施自動化控制。

②激光熔覆技術(shù)在國內(nèi)尚未完全實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的主要原因是熔覆層質(zhì)量的不穩(wěn)定性。激光熔覆過程中，加熱和冷卻的速度極快，最高速度可達(dá)1012℃/s.由于熔覆層和基體材料的溫度梯度和熱膨脹系數(shù)的差異，可能在熔覆層中產(chǎn)生多種缺陷，主要包括氣孔、裂紋、變形和表面不平度.

③激光熔覆層的開裂敏感性，仍然是困擾國內(nèi)外研究者的一個難題，也是工程應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化的障礙，雖然已經(jīng)對裂紋的形成擴進(jìn)行了研究，但控制方法方面還不成熟。

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