下载文档原格式
激光熔覆技术的研究进展(一)介绍了激光熔覆技术的发展、应用、设备及工艺特点，简述了激光熔覆技术的国内外研究现状，指出了激光表面改性技术存在的问题，展望了激光熔覆技术的发展前景。
0引言激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术，是指激光表面熔敷技术是在激光束作用下将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化,光束移开后自激冷却形成稀释率极低,与基体材料呈冶金结合的表面涂层,从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法[1~3]。
如对60#钢进行碳钨激光熔覆后，硬度最高达2200HV以上，耐磨损性能为基体60#钢的20倍左右。
在Q235钢表面激光熔覆CoCrSiB合金后，将其耐磨性与火焰喷涂的耐蚀性进行了对比，发现前者的耐蚀性明显高于后者[4]。
激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术,它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，降低成本,节约贵重稀有金属材料，因此,世界上各工业先进国家对激光熔覆技术的研究及应用都非常重视[1-2、5-7]。
1 激光熔覆技术的设备及工艺特点目前应用于激光熔覆的激光器主要有输出功率为1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。
对于连续CO2激光熔覆,国内外学者已做了大量研究[1]。
近年来高功率YAG激光器的研制发展迅速,主要用于有色合金表面改性。
据文献报道,采用CO2激光进行铝合金激光熔覆,铝合金基体在CO2激光辐照条件下容易变形,甚至塌陷[1]。
YAG激光器输出波长为1.06μm,较CO2激光波长小1个数量级,因而更适合此类金属的激光熔覆。
同步注粉式激光表面熔覆处理示意图[8]激光熔覆按送粉工艺的不同可分为两类:粉末预置法和同步送粉法。
两种方法效果相似,同步送粉法具有易实现自动化控制,激光能量吸收率高,无内部气孔,尤其熔覆金属陶瓷,可以显著提高熔覆层的抗开裂性能,使硬质陶瓷相可以在熔覆层内均匀分布等优点。
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald53①作者简介：姜波（1981—），男，汉族，山东泰安人，本科，工程师，研究方向：非标装备研发。
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.32.053激光熔覆技术研究现状与发展①姜波 李金朋(北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 北京 100083)摘 要：本文介绍了激光熔覆技术的研究进展、应用及未来的发展方向。
通过对比传统的金属表面强化和修复技术，强调了激光熔覆技术的特点；详细介绍了激光熔覆技术中用到的预置涂层法和同步送粉两种工艺方法，并讲解了熔覆材料体系、激光熔覆层的性能及在航空航天、汽车等工业领域内的应用； 最后提出了目前激光熔覆技术存在的关键问题和未来发展方向及趋势。
关键词：激光熔覆 研究现状 工艺方法 工业应用中图分类号：TM621.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)11(b)-0053-02激光熔覆是指所选用的涂层材料通过不同方法添加到基材表面，利用高功率密度激光束使涂层材料和基材表面发生熔合、并快速凝固,从而形成耐磨、耐蚀、抗氧化的冶金结合的表面涂层。
主要应用于激光修复再制造技术和增材成形技术等领域。
1 激光溶覆技术特点及熔覆层性能在工业中应用，与堆焊、 热喷涂和等离子喷焊等传统表面强化技术相比，该技术具有以下优势：①涂层细晶致密均匀，涂层具有硬度较高，耐磨、耐蚀、抗氧化等特性；②熔覆层稀释率低（一般小于5%），对涂层的冲淡率低（一般5%~8%），与基体呈冶金结合，可形成较薄的涂层，降低涂层料成本；③激光熔覆热影响区（HAZ ）区域小，变形小，保证了成形性和力学性能；④工艺可采用数字化、自动化控制，覆层均匀，质量稳定，可对难以接近的区域进行熔覆。
熔覆涂层是由各种合金粉末和元素的组成，其组成成分的性质、含量和分布状态等特点，使得熔覆层有着良好的耐磨性能和耐蚀性能。
阀门激光熔覆技术嘿，朋友们！今天咱来聊聊阀门激光熔覆技术。
这玩意儿啊，就像是给阀门穿上了一层超级坚固的铠甲！你想想看，阀门那可是在各种管道系统里起着至关重要作用的部件啊。
它们就像管道世界里的守门员，控制着流体的进出。
但是呢，长时间使用后，阀门会出现磨损、腐蚀等问题，这可咋办呢？这时候，阀门激光熔覆技术就闪亮登场啦！它就好比是一个神奇的魔法，能把那些受损的阀门变得焕然一新。
通过激光的能量，将特殊的材料熔覆在阀门表面，形成一层耐磨、耐腐蚀的保护层。
这可不是一般的保护层哦，那是相当厉害的！你说这技术神奇不神奇？就好像一个破旧的玩具，经过一番精心修复和装扮，又变得和新的一样啦！而且啊，这激光熔覆后的阀门，那质量杠杠的，使用寿命能大大延长呢。
咱再打个比方，这阀门就像是我们家里的电器，用久了总会有点小毛病。
而激光熔覆技术呢，就是那个能让电器起死回生的高手师傅。
它能让阀门重新焕发活力，继续在它的岗位上尽职尽责地工作。
这技术的好处还不止这些呢！它还能根据不同的需求，选择不同的材料进行熔覆。
就像是给阀门量身定制一套专属的衣服一样，多贴心啊！这样一来，阀门就能更好地适应各种恶劣的工作环境啦。
你说，要是没有这阀门激光熔覆技术，那得有多少阀门因为磨损、腐蚀等问题提前“下岗”啊！那得造成多大的浪费和损失呀！还好有它，为我们解决了这个大难题。
而且哦，这技术操作起来也挺方便的，不需要太复杂的工艺和设备。
就好像骑自行车一样，一旦掌握了技巧，就能轻松驾驭啦。
不过，要想把这技术用好，那可得有专业的人员和设备才行。
可不能随随便便就上手，那可不行哦！毕竟这是个精细活儿，得认真对待。
总之呢，阀门激光熔覆技术真的是一项非常实用、非常有意义的技术。
它就像是阀门的保护神，让阀门能更好地为我们服务。
朋友们，你们说这技术是不是很棒呢？我相信，随着科技的不断进步，这项技术一定会越来越完善，给我们的生活带来更多的便利和好处！让我们一起期待吧！原创不易，请尊重原创，谢谢!。
浅谈激光熔覆技术研究进展一、本文概述激光熔覆技术，作为一种先进的表面工程技术，自其诞生以来，就因其在材料改性、表面强化和零件修复等方面的独特优势，受到了广泛的关注和研究。
该技术利用高能激光束将涂层材料快速熔化并与基材形成冶金结合，从而实现对基材表面的强化和改性。
随着科学技术的不断发展，激光熔覆技术在基础理论、材料体系、工艺技术和应用领域等方面都取得了显著的进展。
本文旨在全面概述激光熔覆技术的研究进展，通过梳理国内外相关文献和研究成果，分析激光熔覆技术的最新发展动态和趋势。
文章将首先介绍激光熔覆技术的基本原理和特点，然后重点讨论激光熔覆材料的研究现状，包括涂层材料的种类、性能要求及制备方法。
接着，文章将探讨激光熔覆工艺技术的优化与创新，包括激光参数、送粉方式、预热处理等因素对熔覆层质量的影响。
文章将展望激光熔覆技术在不同领域的应用前景，尤其是在航空航天、汽车制造、生物医学等领域的应用潜力。
通过本文的阐述，希望能够为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考，推动激光熔覆技术的进一步发展和应用。
二、激光熔覆技术原理及特点激光熔覆技术是一种先进的表面工程技术，它利用高能激光束对基材表面进行快速加热，使预置的涂层材料在基材表面熔化并与基材形成冶金结合。
这种技术结合了激光技术和冶金技术的优点，能够在短时间内实现材料的快速熔化和凝固，从而改善基材的表面性能。
激光熔覆技术的原理主要包括激光与物质的相互作用、涂层材料的熔化和铺展、以及熔池的形成与凝固等过程。
在激光束的作用下，涂层材料迅速熔化，并与基材表面形成熔池。
随着激光束的移动，熔池逐渐铺展并填充基材表面的缺陷和不平整处。
随后，熔池迅速冷却并凝固，形成与基材牢固结合的涂层。
激光熔覆技术具有许多显著的特点。
激光束的能量密度高，加热速度快，能够实现涂层材料的快速熔化和凝固，减少热影响区和热变形。
激光熔覆技术能够实现精确控制，通过调整激光功率、扫描速度和涂层材料的成分等参数，可以制备出具有不同性能和功能的涂层。
激光熔覆技术分析与展望讲解激光熔覆技术是一种应用激光传热原理将金属粉末熔化并喷射到基底材料上形成一层涂覆层的先进表面修复方法。
它具有高精度、高速度、高质量的优点，被广泛应用于修复磨损、腐蚀和疲劳损伤等表面缺陷。
本文将对激光熔覆技术的原理、应用和展望进行分析和讲解。
首先，激光熔覆技术的原理是利用激光束在基底材料表面形成高温的熔化区域，并将金属粉末通过喷射器喷射到这个熔化区域，然后迅速冷却并与基底材料粘结。
激光束的选择取决于基底材料和喷射粉末的特性，激光功率和扫描速度的控制可以实现对涂覆层的厚度和质量的调控。
激光熔覆技术具有很多独特的优点。
首先，它可以在高精度下进行，能够在微米级别上调整涂覆层的厚度和形状。
其次，由于激光束的高能密度，喷射粉末能够快速熔化并与基底材料粘结，从而减少了熔化区域的热影响和晶粒生长，使得涂覆层具有更好的结构和性能。
另外，激光熔覆技术是一种快速、高效的修复方法，能够在较短的时间内完成修复，大大提高了工作效率。
激光熔覆技术在许多领域都得到了广泛的应用。
首先，在航空航天领域，激光熔覆技术可以用于修复飞机发动机叶片和涡轮叶片等高温部件的磨损和腐蚀缺陷，同时也可以应用于航天器的防护和修复。
其次，在汽车制造领域，激光熔覆技术可以修复汽车缸体、曲轴和传动系统等重要零部件的表面缺陷，提高其使用寿命和可靠性。
再者，在石化和能源领域，激光熔覆技术可以用于修复和防护管道和阀门等设备的磨损和腐蚀缺陷，延长其使用寿命。
展望未来，激光熔覆技术有着广阔的发展前景。
首先，随着传感器技术和智能控制技术的发展，激光熔覆技术可以更加精确地控制涂覆层的厚度和质量，实现更高级别的自动化和智能化。
其次，随着金属粉末材料的研发和应用不断进步，激光熔覆技术可以涵盖更广泛的材料类型和应用领域。
另外，随着激光器的性能不断提高和价格的降低，激光熔覆技术的成本会进一步降低，使得它的应用更加广泛。
总之，激光熔覆技术是一种先进的表面修复方法，具有高精度、高速度、高质量的优点，在航空航天、汽车制造和石化能源等领域得到了广泛的应用。
激光熔覆案例研究报告
激光熔覆是一种通过激光加热将覆盖材料熔化并喷涂到基材表面的技术。
它可以使基材表面得到增强，提高其耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性。
以下是一些激光熔覆案例研究报告：
1. 激光熔覆在航空航天领域的应用：研究对比了使用传统熔覆方法和激光熔覆方法对航空航天零件表面性能的影响。
结果显示，激光熔覆可以提供更高的硬度和耐磨性，从而延长零件的使用寿命。
2. 激光熔覆在汽车制造领域的应用：研究分析了激光熔覆不同材料对汽车零件表面性能的影响。
结果显示，激光熔覆可以显著提高零件的耐蚀性和耐磨性，使汽车更加耐用。
3. 激光熔覆在能源领域的应用：研究探讨了使用激光熔覆技术改善能源设备表面性能的效果。
结果表明，激光熔覆可以有效提高能源设备的耐高温和耐腐蚀性能，从而提高设备的工作效率。
4. 激光熔覆在化工行业的应用：研究比较了使用激光熔覆和传统覆盖方法制备化工设备的性能差异。
结果显示，激光熔覆可以提供更均匀、致密的涂层，并且具有更高的抗腐蚀性能。
以上案例研究报告表明激光熔覆技术在不同行业的应用具有广泛的潜力，并且可以显著提高材料的表面性能。
随着激光技术的不断发展，相信激光熔覆技术将在未来得到更广泛的应用和研究。
激光熔覆制备复合材料的研究现状及进展【摘要】本文旨在探讨激光熔覆制备复合材料的研究现状及进展。
在背景介绍着重介绍了激光熔覆技术的发展历程和应用前景，研究意义则强调了该技术在提高材料性能和节能环保方面的重要性。
在详细介绍了激光熔覆制备复合材料的原理、工艺流程、应用领域、优势和局限性，以及当前该领域的研究现状。
结论部分提出了未来研究方向包括优化工艺参数和拓展应用领域，并对整个研究进行总结回顾。
通过本文的阐述，读者可以更全面地了解激光熔覆制备复合材料的基本情况，以及未来的发展趋势和挑战。
【关键词】激光熔覆制备、复合材料、研究现状、工艺流程、应用领域、优势、局限性、未来研究方向、总结回顾1. 引言1.1 背景介绍复合材料是一种由两种或两种以上不同性质的材料经过一定的加工方法结合而成的新型材料。
激光熔覆制备复合材料是近年来备受关注的一种制备技术，通过激光束对材料表面直接进行熔覆，实现基体材料与添加材料之间的良好结合。
激光熔覆制备复合材料具有高效、高精度、低变形等优点，逐渐成为复合材料制备的重要途径。
复合材料是当前工程领域中的研究热点之一，其具有优异的性能和广泛的应用前景。
在航空航天、汽车制造、船舶工程、电子设备等领域，复合材料的应用越来越广泛。
激光熔覆制备的复合材料，具有精细的组织结构和优异的力学性能，能够满足不同领域对材料性能的要求。
1.2 研究意义激光熔覆制备复合材料是当今材料科学领域的研究热点之一，其具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。
通过激光熔覆技术可以将不同种类、形状和性质的材料进行复合，从而实现材料的性能优化和功能多样化。
这种技术在航空航天、汽车制造、电子设备等各个领域都有着重要的应用，可以有效地提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、导热性等性能，满足不同工程领域对材料性能的需求。
研究激光熔覆制备复合材料的意义在于推动材料科学领域的发展，促进工业生产制造的进步。
通过深入研究激光熔覆技术及其应用领域，可以不断拓展材料制备的可能性，提高材料的性能和功能，为各行业提供更优质的材料解决方案。
0 前言
核电阀门市场前景非常广阔，但目前国内阀门制造技术落后，核阀等高参数阀门主要靠进口，随着中国核电建设渐渐驶入快车道，核电“国产化情结”变得越来越强烈。
因此，掌握核阀等高参数阀门制造的关键技术，保有国内市场、开拓国际市场，已是当务之急。
据统计，世界上核电站因阀门装置密封面出故障而造成的事故占核电站事故的1/4。
因此对核阀材料和制造工艺提出了十分严格的要求，特别是核阀密封面。
这是由于密封面不仅因阀门周期性地开启和关闭而受到擦伤、挤压和冲击作用，而且还因所处的工作环境和介质而受到高温、腐蚀、氧化等作用，所以应具有良好的综合服役性能。
1 核电阀门密封面强化工艺概况
一般采用堆焊工艺熔焊核阀密封面，而保证阀门密封面堆焊质量和提高堆焊生产效率，不仅取决于堆焊材料，而且很大程度上还取决于先进的堆焊工艺方法和高效率的自动化堆焊设备。
我国阀门密封面堆焊技术的研究工作始于20世纪60年代初，历经40多年的发展历程，阀门堆焊方法从以手工电弧焊和氧-乙炔火焰堆焊等非自动化、低效率的堆焊方法为主，发展到广泛采用高效、自动化的堆焊方法，如火焰堆焊、等离子弧堆焊以及激光熔覆等。
先进的堆焊技术是当前各国竞相研究的热点，其中最具应用前景的当属激光熔覆技术。
该技术兴起于20世纪80年代，它是利用具有高能密度的激光束使某种特殊性能的材料快速熔凝在基体材料表面并与基体形成冶金结合，构成与基体成分和性能完全不同的高性能合金熔覆层。
表1列出了几种粉末的热喷涂、电弧、等离子喷涂、激光熔覆的技术特性。
可见激光熔覆层与基体间是完全冶金结合，稀释度低，成品率高。
表1 热喷涂、喷焊、堆焊、激光溶覆的技术特性
2 激光熔覆技术的特点及其在核电阀门中的应用
2.1 激光熔筱技术的特点
激光熔覆工艺因具有热输入准确控制，焊接速度高，冷却速度快，热畸变小，厚度、成分和稀释率可控性好的特点，可以获得组织致密、高性能（如耐磨性、耐腐蚀性能、抗氧化性能、热障性能、热气蚀和冲蚀磨损等）的合金堆焊层，具有传统堆焊方法所不具备的优势，因此，将激光熔覆技术应用于密封面的强化受到了国内外广泛的重视，并已在众多领域获得应用。
石世宏等比较了激光熔覆、等离子堆焊、火焰堆焊3种方式下钴基合金堆焊层的稀释率和微观形貌。
激光熔覆的稀释率比等离子喷焊层和火焰堆焊层都要低。
激光熔覆层固熔结合层最薄，热影响区宽度最窄，是等离子喷焊层热影响区的1/8～1/12，是火焰堆焊层热影响区宽度的1/15～1/20，而且激光熔覆的晶粒更为细小。
孙宜华等比较和分析了铁基高铬合金激光熔覆层和堆焊层的品质和性能，同样发现激光熔覆层组织细小、硬度高、抗磨损性能好。
激光熔覆层较小的稀释度和细密的组织，使设计的熔层元素充分发挥了应有的作用。
经测定，激光熔层的显微硬度、抗腐蚀、抗摩擦磨损等性能均优于或大大高于等离子和火焰堆焊层。
2.2 激光熔覆技术在核电阀门中的应用
因核电的迅猛发展，国家政策的支持和市场经济的需求，掌握研制高参数核电阀门技术迫在眉睫，激光熔覆在表面强化技术中突出的优势和在实际应用中良好的效果，使得许多学者正致力于将其应用到核电阀门密封面强化的研究中。
黄国栋等尝试在核阀阀瓣密封面奥氏体基体上采用激光堆焊工艺熔覆Co基合金，并与等离子喷焊层和电弧堆焊层进行对比，试验结果表明激光熔覆获得的强化层表面光滑平整，一次激光熔覆层能达到3mm。
熔层组织与其它传统堆焊工艺相比，废品率小于5%，晶粒显著细化，稀释率小，成品率高，在强酸、强碱介质中腐蚀率最低。
石世宏等还测试了涂层的硬度和耐磨性，激光熔覆层的平均硬度达到HV740～860，而等离子弧堆焊层平均硬度只有HV520～560。
2种强化工艺下的堆焊层经过3000次冲击，磨损量分别为1.2mg和
2.53mg。
EPRI在总结各种阀门密封面强化工艺试验中指出，激光熔覆的突出优点是可以有效降低热残余应力从而减少裂纹的产生，其次是减轻涂层和基体的稀释，由此可以减少堆积的层数而不降低涂层的耐磨性。
文献采用固体激光器熔覆Norem 02和Setliet 21焊丝，获得了耐磨性良好的熔覆层。
综上可见，激光熔覆技术是一种有前景的先进表面处理技术，是提高阀门密封面质量的有效途径，并已成功进人应用阶段。
采用激光熔覆技术、控制熔覆层的成分和选择合理的熔覆工艺，可使基体获得其它表面强化技术难以得到的性能，充分发挥原材料的潜力。
2.3 激光熔筱材料在核电阀门中的应用
激光熔覆材料体系主要有铁基合金、镍基合金、钴基合金等。
激光熔覆铁基合金适用于温度要求不高（低于400℃）的耐磨零件，所用粉末主要有不锈钢类和高铬铸铁类，分别适用于低碳钢和铸铁基体。
由于铁基合金成本低廉，经常用作镍基合金的代用品，与镍基合金相比，铁基合金激光熔覆层韧性稍差。
我国在引进国外成分的基础上发展了含铁高的镍基合金粉末，已在阀门上应用的有F102、NDG-2#等。
钴基、镍基合金具有高硬度、耐磨、抗热和抗氧化等性能，且钴基合金性能比镍基合金更好。
从工艺上讲，激光熔彼层又因为激光快速凝固过程产生的晶粒细化、非稳态多相和过饱和固溶体而起到极好的强化作用，一般
都具有更高的硬度、强韧性、耐高温、耐磨和耐蚀性。
因此，钴基合金激光熔覆层被广泛应用于各种恶劣工况条件下服役的高参数阀门密封面，已被列为国家标准的阀门堆焊材料。
3 存在的问题及解决方法
3.1 核电阀门密封面熔覆层的质量问题及解决办法
在高参数核阀、石化阀门等零件的主要密封面上进行大功率激光熔覆时发现，覆层裂纹是影响其质量的主要原因，特别对于厚层熔覆，裂纹经常难以避免。
这种状况成为激光熔覆技术向产业化推进的一大障碍。
应针对核电行业的特点，对原有的激光熔覆工艺进行改进，开发激光熔覆裂纹控制新工艺。
根据核阀基体材料和热处理状态及使用要求的不同，选择不同的熔覆材料和熔覆工艺以保证熔覆层的性能，特别是减少熔覆层的裂纹率。
任爱国等利用7种基体材质，选用不同的自配镍基和钴基熔覆材料，观察熔覆层的裂纹情况，结果发现，熔覆材料的特性对激光熔覆层的裂纹状况影响最大。
石世宏等还发现熔覆工艺对激光熔覆层开裂行为也有影响，应根据不同熔层厚度选择不同功率密度和扫描速度，同时还应考虑材料的熔点、吸收系数等因素来优化工艺参数。
覆层材料使用热喷涂或热喷焊用合金粉末是不尽合理的，其中一些成分加大了覆层的开裂性，所以要优化粉末成分，减少杂质，并设法降低热应力的作用。
李晓薇等通过选择熔覆粉末材料配方和优化熔覆工艺参数，获得了质量良好的激光熔覆层，提高了零件的使用性能，延长了其使用寿命。
3.2 核电阀门密封面熔覆材料存在的问题及解决办法
至目前为止，核阀密封面堆焊材料一般为含钴合金，如Stellite 6或Stellite 21等。
但是钴基合金存在2个突出的问题：一是我国是钴资源十分缺乏的国家，钴矿储量小于2%的世界储量，所需钴资源主要靠进口钴精矿和回收利用含钴废料；二是钴基合金磨损和腐蚀碎片中的Co59受激发将形成Co60同位素，这会延长核辐射的半衰期，在停堆检修时造成检修时间的延长和对维修人员的威胁，也会大大增加核燃料屏蔽的难度和成本。
因此，今后国家第三代大型压水堆核电站，包括美国的AP1000和法国核级阀门的密封面都要求采用无钴合金。
20世纪90年代以来国内使用的代钴合金有NDG-2#镍基合金、TDG-5铁基合金焊丝以及SF-6铁基铬锰堆焊焊条，但这些代钴材料还没有像钴基材料那样得到用户的认可。
国外使用的代钴合金有410、440C、616和Norem 02/02A等。
采用较多的是616和Norem 02/02A类不锈钢合金，但它们的耐高温能力仍然受限。
因此代钴材料的使用、研制及推广任重而道远。
4 结语
激光熔覆技术是一项具有高科技含量的表面改性技术，在核电阀门密封面强化工艺中有着不可替代的优势。
根据激光熔覆层现存的问题，可以以优化工艺参数和设计专门的熔覆材料为主要着手点，改善激光熔覆层的质量，达到工业应用中所需的性能要求，使我国阀门制造的水平尽早赶上国际水平。
参考资料：。
