激光熔覆技术发展现状

科技创新导报2018 NO.32Science and Technology Innovation Herald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。这也是在工业中的应用和研究的关键原因。2 激光熔覆工艺方法(1)预置粉末法是通过喷涂或粘结等方法将材料预置于基体合金表面，进行激光束加热，涂覆层与基材表面熔化,熔化的合金快速凝固于基材表面, 形成冶金结合的合金熔覆层。(2)同步送粉（丝）法是通过送粉（丝）装置在激光熔覆的过程中同时将合金粉末（丝）送入熔池, 送粉（丝）与熔覆同步进行，快速形成合金熔覆层；预置粉末结构简单，实施容易，但预置粉末厚度和粘结剂很难控制；同步式送粉，熔覆层均匀，效率高，但送粉装置及粉末要求高。3 激光熔覆材料体系3.1 自熔性合金粉末自熔性合金粉末是指加入具有强烈脱氧和自熔作用的Si, B等元素的合金粉末[1]，Si, B元素能和多数合金元素(如Ni, Co, Fe等)形成低熔点共晶，并可防止液态金属过度氧化, 从而改善熔体对基体金属的浸润能力, 减少熔覆层中的夹杂和氧化物, 提升工艺成形性能。3.2 陶瓷粉末陶瓷粉末主要包括硅化物陶瓷粉末和氧化物陶瓷粉末,具有隔热、耐蚀、耐磨、抗高温等良好性能。常被用于制备高温耐磨耐蚀涂层和热障涂层。目前, 陶瓷涂层分为纯陶瓷涂层、纯陶瓷涂层、生物陶瓷涂层、反应自生陶瓷涂层[2]。3.3 复合粉末在Ni基、Co基、Fe基自熔性合金 粉末中加入碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等各种高熔点硬质化合物，与金属混合或复合而形成的粉末体系。该粉末具有金属的强韧性、良好的工艺性和化合物的耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化特性。4 激光熔覆技术工业领域应用4.1 航空航天领域航空航天是最早采用激光熔覆技术的领域。一方面直接用于零部件制造：例如用来制造应用较多的高比强度、耐热、耐疲劳和耐腐蚀新型钛合金零件。近年,A eroMet公司采用激光熔覆成形技术生产的三个Ti6A1-4V零件已经应用在实际飞行中。其中两个F-22上的全尺寸接头是疲劳寿命要求两倍, F/A-8E/F的翼根吊环是疲劳寿命要求4倍[3]。另一方面应用于零件表面改性和零件修复：例如在飞机叶轮叶片、飞船舱体、卫星制件放置平台等零部件表面改良和修复中都能够得到很好的应用。4.2 汽车领域在汽车工业应用中，最先采用激光技术主要用于切割，热处理，随着熔覆技术的发展，逐步发展到柔性增材制造技术。例如发动机的排气门的密封锥形面熔覆Stellite合金是最先采用该技术的汽车零件。意大利菲亚特汽车发动机排气阀座的环形表面和美国的汽车排气阀座都采用激光熔覆耐热合金[4]。目前北京机科国创轻量化科学研究院与广西玉柴合作，在发动机气门座环形表面进行耐磨耐高温合金的熔覆成形，也取得了阶段性成果。4.3 其他工业领域应用在煤碳铁矿行业，例如液压设备、发电机、球磨机、齿轮、洗煤设备等；在水泥建筑行业，例如破碎机主轴、风机主轴、电机转子轴、搅拌机、减速机齿轮轴等；在工程机械Copyright©博看网 . All Rights Reserved.科技创新导报2018 NO.32Science and Technology Innovation Herald工业技术

激光熔覆技术介绍 激光熔覆技术作为一种堆焊法（Overlay Welding），属于表面改质

的类型之一，将金属粉末（Powder）或钢丝（Wire）与辅助气体一同

供应到母材表面上，用激光热源使其熔融，而在母材表面上形成厚度

大于几毫米且耐磨耗性、耐蚀性、耐热性均优秀的金属涂层。经涂层

处理后，按材料表面的特性选择使用镍、钴、铁类金属粉末或钢丝。

就激光熔覆方法的特点而言，与等离子熔覆（PTA）或电弧焊接相比，

全体热输入量更小，因此，冷却及凝固速度很快，母材稀释率很低，

晶粒很细小。同时，可以形成无偏析的均匀组织，也可针对所需的部

分进行局部性涂层，因此，激光熔覆技术的适用范围很广，逐渐扩展

至模具的维护及表面硬化、机械部件的维修、汽车及船舶零部件的制

造、用于钢铁产业的表面涂层等。

优点

· 由于能量密度很高，可对高熔点材料进行堆焊处理

· 可适用于粉末状金属氧化物，碳化物等脆性材料

· 稀释率很低，易于控制稀释

· 由于热输入量很小，冷却速度很快（尽量减少裂痕） · 晶粒很细，形成无偏析的均匀组织

· 按熔覆层的厚度容易控制合金成分

· 可对微细部分进行局部性熔覆处理

应用领域

· 模具维护

· 在汽车、造船、航空领域对耐磨耗性及耐热性要求很高的零部件

· 用于钻具或液压缸且对耐磨耗性及耐热性要求很高的零部件

济南欧威激光有限公司，是韩国(株)EUROVISION LASER CO.,LTD

在中国的全资子公司，公司坐落于人杰地灵的山东省济南市，公司成

立于2016年6月，在汽车、钢铁、电子、半导体、医疗等整个产业

领域致力于开发和推广多种激光应用技术。

作为 韩国（株)EUROVISION LASER的子公司， 公司拥有的核

心激光技术不仅包括基于激光塑料焊接技术、激光热处理、激光熔覆

（热喷涂层）及激光软钎焊（锡焊）等宏观科技领域，而且包括半导

体、电子、医疗产业不可或缺的超精密加工技术、微加工技术及纳米

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激光熔覆技术的发展前景

作者：何勋

来源：《智富时代》2019年第04期

【摘 要】目前我国再造技术受到很大关注，其对于能源节约与经济效益提升都有着关键影响，文章主要对当前激光熔覆技术进行分析，并探讨技术的未来发展前景。

【关键词】激光熔覆；熔覆技术；技术发展；激光技术

近年来，随着我国再制造产业的发展，逐步形成了包括再制造成形技术、拆解与清洗技术及检测与评估技术在内的再制造技术体系，有力推动了再制造技术的柔性化、智能化发展。激光熔覆作为一种高效的再制造成形技术，已经被应用于多种不同类型的废旧零部件的修复实践中。然而，激光熔覆所产生的的熔覆层质量与激光熔覆工艺参数的选取密切相关，针对不同材料的基体与金属粉材，恰当的激光熔覆工艺参数的选取是获得高质量熔覆层的关键.

一、激光溶覆技术特点及熔覆层性能

激光熔覆也被称为激光包覆或激光熔敷，是一种表面改性技术，是指以不同的填料方式在被熔覆基材表面上预置涂层材料，经激光辐照使其与基材表面的一薄层同时熔化，且快速凝固后形成稀释率极低、与基材呈冶金结合的表面熔覆层，从而显著改善基材表面的耐磨、耐热、耐蚀、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法。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：第一，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；第二，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；第三，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；第四，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。这也是在工业中的应用和研究的关键原因。激光熔覆工艺方法包括两方面：第一，预置粉末法是通过喷涂或粘结等方法将材料预置于基体合金表面，进行激光束加热，涂覆层与基材表面熔化，熔化的合金快速凝固于基材表面，形成冶金结合的合金熔覆层。第二，同步送粉（丝）法是通过送粉（丝）装置在激光熔覆的过程中同时将合金粉末（丝）送入熔池，送粉（丝）与熔覆同步进行，快速形成合金熔覆层；预置粉末结构简单，实施容易，但预置粉末厚度和粘结剂很难控制；同步式送粉，熔覆层均匀，效率高，但送粉装置及粉末要求高。

激光熔覆技术综述

作者：赵月红 赵新红

来源：《速读·中旬》2021年第10期

◆摘 要：激光熔覆主要是通过改进表面性能，如强度、导电性、抗磨性与抗蚀性等，使材料通过激光熔覆技术获得基材所缺少的优异性能，从而使材料的应用更深、更广。激光熔覆是一种新兴的表面改性技术，论述了激光熔覆技术及其发展过程，从基体材料和熔覆材料两方面研究了激光熔覆技术的研究现状。

◆关键词：激光熔覆;熔覆层;基体

激光熔覆是指在基材表面熔覆一层复合涂层，对基体材料表面性质进行改善的新技术，利用的是激光的高能量使熔覆粉末与基体之间形成冶金结合达到性能要求，熔覆后的表面涂层性能可以根据性能要求利用不同的熔覆粉末，最终达到力学性能与物理性能的改进。激光熔覆具有稀释度低、组织致密性好、涂层与基体达到冶金结合等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。利用激光熔覆制造新型材料，已成为近年来的研究热点。

一、激光熔覆技术的发展过程

激光熔覆技术的发展经历了近半个世纪，早期激光熔覆技术主要集中在激光熔覆特性、不同材料与基体组合的激光熔覆工艺及参数、激光熔覆层的微光组织结构和金相分析、激光熔覆层的性能、熔覆层缺陷以及激光熔覆应用等方面研究;现代激光熔覆主要集中在激光熔覆基础理论和模型，激光熔覆高性能送粉和喷嘴，用激光熔覆制备新材料，基于激光熔覆的快速成形与制造技术等领域的研究。

我国对激光熔覆技术的研究始于上世纪90年代初期，研究方法不断改进并得到了很大的提高，主要进行的研究方向如下：1.激光工艺参数对熔覆层性能的影响。2.激光熔覆过程中添加稀土氧化物对涂层组织性能的影响。3.激光熔覆陶瓷颗粒相增强熔覆层强度。

二、激光熔覆技术的研究现状

激光熔覆技术在诸多的材料如钛合金、合金钢、模具钢以及各种有色金属等材料有了广泛的应用。