激光熔覆技术的研究进展

激光熔覆技术的原理和应用1. 激光熔覆技术的简介激光熔覆技术是一种常用于金属表面改性和复合材料制备的先进加工技术。

它利用高能激光束对工件表面进行局部熔化，使金属或合金液态化并与基材相互混合，形成一层高质量的涂层。

激光熔覆技术具有熔化速度快、固化快、热影响区小、涂层与基材结合强等优点，因而在航空航天、汽车制造、能源装备等领域得到广泛应用。

2. 激光熔覆技术的原理激光熔覆技术的实质是利用高能激光束对工件表面进行局部加热，使其达到熔点，然后进行快速冷却，使其凝固成为一层均匀致密的涂层。

其原理主要包括以下几个方面：2.1 激光加热高能激光束在与工件表面接触时，光能转化为热能，使工件局部区域温度升高。

激光加热具有高度集中的特点，可以实现对工件表面的高温局部加热，而对其他区域几乎没有热影响。

2.2 金属熔化通过激光加热，金属或合金在达到熔点的条件下发生熔化。

激光熔化的特点是熔池温度高、熔池容积小、凝固速度快。

这使得熔化的金属能够在非常短的时间内冷却并固化，形成一层均匀致密的涂层。

2.3 冷却和凝固金属熔池在短时间内冷却并凝固形成固体涂层。

冷却速度的快慢直接影响涂层的组织结构和性能。

激光熔覆技术的快速冷却速度可以避免大晶粒的形成，并在晶界处形成细小的析出相，提高涂层的强度和硬度。

3. 激光熔覆技术的应用激光熔覆技术在多个领域有着广泛的应用，下面列举了其中一些典型的应用：3.1 表面修复和修饰通过激光熔覆技术可以对损坏的金属零件进行修复和修饰。

激光熔覆可以填充表面缺陷、修复裂纹，提高零件的使用寿命和性能。

3.2 硬质合金涂层制备激光熔覆技术可以在金属基材表面涂覆硬质合金材料，提高金属零件的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性。

硬质合金涂层广泛应用于机械零件、切削工具等领域。

3.3 功能性涂层制备通过激光熔覆技术可以在金属基材表面制备各种功能性涂层，如热障涂层、阻尼涂层、导电涂层等。

这些涂层可以为金属零件赋予新的性能和功能，拓展其应用范围。

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。

激光熔覆材料是用于制备涂层的，并制约涂层特性。

材料的改变将直接影响涂层的使用性能，因此熔覆层材料的开发始终是研究的重点。

现在激光熔覆材料主要有自溶性合金粉末、复合粉末和陶瓷粉末。

激光熔覆发展历史概述说明以及解释1. 引言1.1 概述激光熔覆技术作为一种先进的表面改性技术，已经在诸多工业领域得到广泛应用。

该技术通过利用高能量密度激光束对材料表面进行加热，使其部分或全部熔化，并在冷却过程中形成新的涂层或合金结构。

激光熔覆技术具有高效、精确和可控的特点，可以实现对材料进行修复、加固和改良。

随着科学技术的发展和需求的不断增长，激光熔覆技术也取得了显著的进展。

1.2 文章结构本文将首先介绍激光熔覆发展历史，包括其起源和早期应用、技术演进与改进以及应用领域拓展。

然后，将详细解析激光熔覆的工作原理与机制，包括基本过程、热传导与材料相变行为以及激光参数对熔覆效果的影响。

接下来，将从实际案例出发，介绍激光熔覆技术在工业上的应用，包括金属材料表面修复与加固、复合材料涂层的制备与性能优化以及特殊应用领域中的激光熔覆技术案例。

最后，本文将总结激光熔覆发展历史和应用情况，并展望该技术的未来发展方向，同时对其进行评价和提出建议。

1.3 目的本文的目的是通过全面系统地介绍激光熔覆技术的发展历史、工作原理与机制以及在工业中的应用案例，旨在增强读者对该技术的了解和认识。

通过这篇文章，读者将能够掌握激光熔覆技术的基本知识，并了解该技术在金属表面修复、复合材料涂层制备等方面的广泛应用。

同时，读者还将有助于估计激光熔覆技术未来可能取得的进一步发展和突破。

Overall, this article aims to provide a comprehensive overview of the development history, working principles and mechanisms, as well as industrial applications of laser cladding technology.2. 激光熔覆发展历史2.1 起源和早期应用激光熔覆作为一种表面修复和涂层制备技术，起源于20世纪60年代。

激光熔覆工艺方法以及熔覆材料现状激光熔覆技术的研究始于20世纪70年代,美国AVCO公司就汽车发动机许多易磨损件进行了激光熔覆技术的研究。

按熔覆材料的供给方式不同，激光熔覆工艺方法分为两种：激光熔覆合金预置法和合金同步送粉法。

熔覆材料的加入形式通常有粉末、丝材、板材三种，其中以粉末的形式最为常用。

关键词：激光熔覆，工艺方法，熔覆材料1. 激光熔覆技术激光熔覆技术的研究始于20世纪70年代, 美国AVCO公司就汽车发动机许多易磨损件进行了激光熔覆技术的研究。

1981年英国公司成功在喷气发动机叶片上涂覆钴基合金面并显着提高了其耐磨性。

由于这一新技术具有巨大的发展潜力，并能产生较大的经济效益，因此，在生产中获得了广泛推广及应用。

激光熔覆技术在目前材料表面改性技术中应用较广泛。

激光熔覆是在基体上添加不同成分的材料，利用高能激光束辐照基体，熔覆粉末和基体形成一薄层，这一薄层快速熔化并凝固成形，且基体对熔覆层稀释度极低，因此熔覆层与基体冶金结合良好，可以制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面保护涂层。

2. 激光熔覆工艺方法按熔覆材料的供给方式不同，激光熔覆工艺方法分为两种：激光熔覆合金预置法和合金同步送粉法。

科技论文。

合金预置法合金预置法是在基体的表面上通过一些方法将预涂材料置于其上，然后采用高能激光束辐照，涂层表面吸收能量使熔覆部位迅速升温、气化和熔化，激光束离开后，熔覆层与基体呈现良好的冶金结合。

熔覆材料的加入形式通常有粉末、丝材、板材三种，其中以粉末的形式最为常用。

预置法一般包括粘结法和热喷涂法。

对于粉末类材料，预置的两种方法都可以。

热喷涂主要优点是喷涂效率高、容易控制沉积厚度的均匀性，且与基材接合牢固，这种方法不足之处是粉末利用率低，受工件形状限制和成本相对较高。

粘接法是利用粘结剂，在基底材料的表面上，将粉末调和成膏状涂上，这种方法的不足之处在于效率低，很难得到厚度均匀的涂层，可能会妨碍熔化或引起过渡稀释；同时由于沉积层的导热性不好，会消耗更多的能量；通常仅对熔覆面积较小的工件适用，这种方法在实验室里采用。

激光熔覆同轴送粉喷嘴的研究状况薛菲;王耀民;刘双宇【摘要】Powder feeding nozzle is used as one of the key components in the powder feeding system which has direct influ-ences on the effect of the laser cladding. With the development of the laser cladding technology, powder feeding nozzle is stud-ied both at home and abroad, so a variety of new powder nozzles are developed to effectively improve the effect of the cladding and powder utilization ratio and reduce the waste. This paper briefly summarizes the domestic and foreign coaxial powder noz-zle progress and powder feeding principle, analyses the existing coaxial powder feeding nozzle status quo, points out the short-comings of the existing powder feed nozzle and proposes that strengthening the powder feed nozzle design is one of the key is-sues of accelerating the laser cladding development, and then the predicts the future development of the coaxial powder feed-ing nozzle.%送粉喷嘴作为送粉系统的关键部件之一，直接影响着激光熔覆的效果。

２０２１年３月第４９卷第６期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＭａｒ．２０２１Ｖｏｌ ４９Ｎｏ ６ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０２１ ０６ ０３１本文引用格式：黄旭，张家诚，练国富，等．超高速激光熔覆研究现状及应用［Ｊ］．机床与液压，２０２１，４９（６）：１５１－１５５．ＨＵＡＮＧＸｕ，ＺＨＡＮＧＪｉａｃｈｅｎｇ，ＬＩＡＮＧｕｏｆｕ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０２１，４９（６）：１５１－１５５．收稿日期：２０２０－０８－２５基金项目：福建工程学院科研启动基金（ＧＹ⁃Ｚ１８１６３）；福建省增材制造创新中心开放基金（ＺＣＺＺ２０⁃０４）；第三批福建省特殊支持 双百计划 人才项目（闽委人才２０１８－５号）作者简介：黄旭（１９８６ ），男，博士，讲师，主要研究方向为激光增材制造㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｘｕ＠ｆｊｕｔ ｅｄｕ ｃｎ㊂超高速激光熔覆研究现状及应用黄旭，张家诚，练国富，江吉彬，周梦宁（福建工程学院机械与汽车工程学院，福建福州３５０１１８）摘要：超高速激光熔覆是一种新兴的表面处理技术㊂介绍超高速激光熔覆技术，综述国内外超高速激光熔覆技术的研究现状，目前研究热点包括熔覆工艺优化㊁组织性能产生机制以及过程模拟；列举了超高速激光熔覆技术在工业生产中的应用，主要包括替代硬铬电镀对大型液压缸表面进行修复㊁汽车制动盘涂层的制备以及快速金属增材制造㊂并基于目前的研究现状和应用对后续发展进行了展望，未来主要的研究热点将聚焦平面及自由曲面的超高速激光熔覆设备的研制㊁新型熔覆材料的研发㊁裂纹控制机制的探讨以及超高速激光熔覆技术结合增材制造的进一步研究㊂关键词：超高速激光熔覆；研究现状；增材制造中图分类号：ＴＧ１７４ ４ＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｕｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥｘｔｒｅｍｅＨｉｇｈＳｐｅｅｄＣｌａｄｄｉｎｇＨＵＡＮＧＸｕ，ＺＨＡＮＧＪｉａｃｈｅｎｇ，ＬＩＡＮＧｕｏｆｕ，ＪＩＡＮＧＪｉｂｉｎ，ＺＨＯＵＭｅｎｇｎｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＦｕｊｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＦｕｚｈｏｕＦｕｊｉａｎ３５０１１８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇｉｓａｎｅｗｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｔｓｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｗａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｌａｄｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗｅｒｅｌｉｓｔｅｄ，ｉｔｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｅｄｒｅｐｌａｃｉｎｇｈａｒｄｃｈｒｏｍｉｕｍｐｌａｔｉｎｇｔｏｒｅｐａｉｒｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｌａｒｇｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｂｒａｋｅｄｉｓｃｃｏａｔｉｎｇａｎｄｒａｐｉｄｍｅｔａｌａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅ⁃ｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｗａｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ，ｔｈｅｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｗｉｌｌｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒｐｌａｎｅａｎｄｆｒｅｅ⁃ｆｏｒｍｓｕｒｆａｃｅ，ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎｅｗｃｌａｄｄｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｄｉｓｃｕｓ⁃ｓｉｏｎｏｎｃｒａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇ；Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓ；Ａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ０㊀前言在航空航天㊁石油天然气㊁汽车㊁造纸等各个领域，为了实现轴辊类零件的表面硬度㊁耐腐蚀性㊁耐磨性强化或尺寸修复，硬铬电镀是一种广泛使用的标准工艺㊂然而，硬铬电镀耗能大，且对环境污染非常严重，常用的ＣｒＯ３（也称为Ｃｒ６＋）毒性极高，是一种致癌物质［１］㊂因此，世界各国相继出台法规对电镀工艺进行限制，例如在我国，党的十九大报告提出：要构建市场导向的绿色技术创新体系，推进资源全面节约和循环利用㊂在欧洲，欧盟自２０１７年９月后只有在特别授权的情况下才可以使用硬铬电镀工艺［２］㊂当前，表面处理技术的应用市场非常广阔，对电镀工艺的限制意味着需要其他工艺来替代硬铬电镀㊂常见的表面涂层制备技术有热喷涂［３］㊁激光熔覆［４－５］等㊂在替代硬铬电镀方面，采用热喷涂技术制备的涂层与基体的机械结合能力较差，涂层与基体间易产生裂纹，从而引发涂层剥落等状况；采用激光熔覆技术制备的涂层与基体之间呈冶金结合，但通常情况下其涂层厚度较大，制备的效率较低，在对薄壁或小尺寸零件进行熔覆时，相对较大的热输入会使工件发生收缩和变形［６－７］㊂因此，热喷涂和激光熔覆仅在少数场合下才能取代硬铬电镀㊂在这种情况下，限制电镀带来的市场空白势必会引发新技术的变革㊂德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（ＦｒａｕｎｈｏｆｅｒＩＬＴ）和亚琛工业大学（ＲＷＴＨＡａｃｈｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）的研究人员于２０１３年开始研究［８］，并在２０１７年成功研发了一种用于涂层和修复金属部件的工艺 超高速激光熔覆技术［９］㊂超高速熔覆技术一经提出，就被大量学者和研究人员关注，逐步替代原有的硬铬电镀工艺，并且应用领域逐渐拓展，延伸到了汽车零部件涂层制备㊁金属增材制造等场合㊂１㊀超高速激光熔覆介绍超高速激光熔覆，德文缩写为ＥＨＬＡ，英文为ＥｘｔｒｅｍｅＨｉｇｈＳｐｅｅｄＣｌａｄｄｉｎｇ，是采用同步送粉的方式，通过调整粉末焦平面与激光焦平面的相对位置使熔覆粉末在基体上方与激光束交汇发生熔化，随后均匀涂覆在基体表面，快速凝固后熔覆层稀释率极低且与基体呈冶金结合［１０］㊂如图１所示，它与传统激光熔覆本质的区别是改变了粉末的熔化位置㊂在超高速激光熔覆中，落在基体表面的是液态的熔覆材料而不是固态的粉末颗粒，所以可显著提升其熔覆速度㊂传统激光熔覆的熔覆速度通常为０ ５ ２ ０ｍ／ｍｉｎ，而超高速激光熔覆的熔覆速度为５０ ５００ｍ／ｍｉｎ，提升了１００ ２５０倍，如此高的熔覆速度意味着该技术可用于大面积零件的涂覆㊂由于超高的熔覆速度降低了能量密度以及在基体上方熔化的粉末吸收了大量的激光能量，使得超高速激光熔覆的热输入明显减少，传统激光熔覆的热影响区深度通常为毫米尺度，而超高速激光熔覆的热影响区为微米尺度㊂超高速激光熔覆制备的涂层更为光滑且后续机加工步骤少，用传统激光熔覆制备的涂层的厚度通常大于０ ５ｍｍ，而超高速激光熔覆制备的涂层厚度在２５ ２５０ｍｍ之间，且表面粗糙度可降至原来的１／１０，仅需磨削即可满足要求［１１］㊂此外，超高速激光熔覆与硬铬电镀相比，制备出的涂层无气孔㊁裂纹等缺陷，且更加环保；与热喷涂相比，其可节约约９０％的材料㊂因此超高速激光熔覆技术逐渐在工业中取得应用，它也被誉为当前可替代电镀最具竞争力的工艺㊂图１㊀传统激光熔覆和超高速激光熔覆原理［１２］２㊀超高速激光熔覆研究现状基于超高速激光熔覆独特的技术优势，为了进一步优化熔覆层的表面质量㊁提升熔覆层的组织性能㊁实现粉末与激光的最佳耦合等，学者们把超高速激光熔覆的研究主要热点聚焦在以下３个方面：（１）以熔覆速度㊁送粉速率㊁搭接率等熔覆参数为因素，关于超高速激光熔覆表面形貌和成型质量的研究㊂超高速激光熔覆的熔池凝固速度远高于传统激光熔覆，熔覆层的表面形貌和尺寸精度取决于熔覆层高度和宽度的均匀性和重复性，而熔覆层的高度和宽度易受送粉速率㊁粉末粒度㊁搭接率等参数的影响㊂明确熔覆层表面形貌演化的影响因素，控制熔覆层尺寸精度，是进一步拓展该技术应用的重点㊂德国弗劳恩霍夫研究所的ＳＣＨＯＰＰＨＯＶＥＮ等［９］利用自行构建的超高速激光熔覆系统在铬镍钢轴基体表面熔覆镍基合金粉末，研究了熔覆参数对熔覆层厚度影响，得出了如下结论：随着熔覆速度的提高，熔覆层厚度减小；随着粉末质量流量的增加，熔覆层厚度增加；随着保护气流量的增加，熔覆层厚度先减小后增加；载气流量对熔覆层厚度影响不大㊂国内山东能源重装集团的澹台凡亮等［１３］在矿用液压支架立柱上熔覆了ＳＮＪＧ⁃１６０Ｃ型合金粉末，也得出了类似的结论㊂西安交通大学的娄丽艳等［１４］采用自行设计的超高速激光熔覆头制备了ＦｅＣｒ合金薄涂层，研究了粉末粒度㊁基体形貌㊁搭接率对熔覆层表面形貌的影响，实验结果如图２所示：随着粉末粒径的增大，熔覆层表面粗糙度增大；熔覆层的表面形貌具有一定的遗传性，基体越粗糙，熔覆层表面粗糙度越大；提高搭接率有助于减小熔覆层的表面粗糙度㊂图２㊀熔覆层表面粗糙度与熔覆参数的关系［１４］苏州大学的王暑光等［１５］采用 光内送粉 正离焦新型光粉耦合技术在不锈钢基体上进行高速熔覆实验，光内送粉耦合实现了更高的粉末捕获率，其原理如图３所示㊂研究了送粉速率和离焦量对稀释率的影㊃２５１㊃机床与液压第４９卷响，研究发现：随着送粉速率的增加，粉末遮光率增大，照射到基体表面能量减少，使得稀释率逐渐减小；随着离焦量的增大，光斑能量密度减弱，熔覆层稀释率降低㊂图３㊀光内送粉耦合原理［１５］（２）以熔覆层的显微硬度㊁耐腐蚀性㊁力学性能等为指标，关于超高速激光熔覆制备的熔覆层组织与性能的研究㊂由于超高速激光熔覆粉末的熔化方式㊁传热模式与传统激光熔覆存在明显的区别，采用该技术制备的涂层在组织和性能方面常体现出其独特性，往往可以制备出组织更为致密㊁性能更加优良的熔覆层㊂作为一项替代硬铬电镀的新技术，研究其熔覆层的性能调控及机制，是进一步提升该技术应用的关键㊂西安交通大学的王豫跃等［１６］采用自主研发的超高速激光熔覆设备制备铁基合金ＳＳ４３１涂层，并与相同工艺参数下传统激光熔覆制备的涂层进行对比，如图４所示，实验结果显示：相比传统激光熔覆，采用超高速激光熔覆制备的熔覆层晶粒更加细小且分布均匀，涂层的显微组织更为致密㊂图４㊀熔覆层显微组织［１６］哈尔滨工业大学的李俐群等［１７－１８］分别采用传统激光熔覆和超高速激光熔覆技术在２７ＳｉＭｎ基材上制备ＡＩＳＩ４３１不锈钢耐蚀涂层，并对两种涂层的宏观特征㊁显微组织以及耐蚀性能进行对比分析，如图５和图６所示，分析结果表明：相较于传统激光熔覆，超高速激光熔覆制备的熔覆层组织更加细密均匀，其极低的稀释率使得熔覆层中Ｃｒ含量较高，因此其耐腐蚀性能更为优异㊂北京机科国创轻量化科学研究院有限公司的ＳＨＥＮ等［１９］也得出了相似的结论㊂图５㊀熔覆层显微组织［１８］图６㊀熔覆层元素分布图［１８］哈尔滨工业大学的ＳＨＥＮ等［２０］采用超高速激光熔覆技术在２７ＳｉＭｎ基体表面制备了ＡＩＳＩ４３１熔覆层㊂研究了不同熔覆速度下的熔覆层显微组织和耐腐蚀性，实验结果显示：在高熔覆速度下，熔覆层的枝晶尺寸和成分分布更加均匀，Ｃｒ元素的均匀分布有利于提升熔覆层的耐腐蚀性能㊂（３）以研究激光束与粉末颗粒的相互作用㊁熔池温度场和应力场等为目标，关于超高速激光熔覆熔覆过程数值模拟的研究㊂超高速激光熔覆的熔覆粉末由粉末喷嘴按特定的粒子轨迹和速度送入激光束，为了使粉末颗粒在基体上方喷射过程中完全熔化，研究粉末粒子与激光束的相互作用以及粒子的速度和轨迹尤为重要㊂此外，由于超高速激光熔覆复杂的加工过程，采用传统的实验方法研究熔池的温度场㊁应力场等非常困难㊂现在在这方面的研究以数值模拟结合实验验证研究为主㊂德国弗劳恩霍夫研究所的ＳＣＨＯＰＰＨＯＶＥＮ等［２１］提出了一个粉末气体喷射的统计／数值模型，对粉末气体喷射进行了实验表征和数学模型描述，将喷粉过程中的粉末颗粒密度，特别是不同颗粒的颗粒轨迹以及粉末质量流等映射到理论模型中㊂在此基础上，可以描述激光束与粉末颗粒之间的相互作用，有助于了㊃３５１㊃第６期黄旭等：超高速激光熔覆研究现状及应用㊀㊀㊀解激光束通过粉末气体喷射的透射率㊁光束路径中的粒子加热㊁基板加热和轨迹形成等过程相关的影响因素㊂北京航空航天大学的ＬＩＡＯ等［２２］基于ＨｏｔＯｐｔｉｍａｌＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＭｅｓｈｆｒｅｅ提出了一种粉体尺度下超高速激光熔覆过程的直接数值模拟方法，并对粉末颗粒进行建模，以介观尺度对超高速激光熔覆过程进行了数值模拟，研究了激光功率㊁激光半径㊁沉积速度等工艺参数对结合区厚度㊁表面粗糙度和孔隙率的影响㊂此外，仿真计算的孔隙率与实验数值接近，证明了该方法对模拟熔覆层微观组织具有一定的效果，有助于促进超高速激光熔覆涂层质量的研究㊂３㊀超高速激光熔覆的应用超高速激光熔覆技术的发明是表面修复和增材制造技术发展历程中革命性的一步，它解决了制约传统熔覆技术大规模推广的最大瓶颈 效率，从而也带来了成本的大幅度降低㊂近年来，国内外也有许多企业㊁研究所等将其应用在工业生产中㊂我国是世界上最大的煤矿液压支架生产国，产品不仅满足国内市场需求，而且出口美国㊁欧洲㊁东南亚等㊂然而液压支架的核心部件，例如液压立柱㊁千斤顶等均需要进行表面防腐和耐磨等处理，在制造和维修两个方面每年需要处理的量就有近百万平方米之多，传统电镀工艺给企业带来的环保压力非常大，并且电镀镀层在质量㊁性能以及大修周期㊁修理费用等后期的成本维护方面也存在许多缺陷㊂随着超高速激光熔覆的发展，这些问题迎刃而解㊂超高速激光熔覆技术属于先进环保的再制造加工技术，其制备的涂层冶金质量高㊁稀释率低㊁变形小㊁表面光洁度高，国内的机械科学研究总院与北京煤矿机械装备有限责任公司引进该技术用于煤机液压支架立柱等大型零件表面的涂覆，极大地减少企业的后续机加工成本，能有效延长产品使用周期，为企业节省大量后期维修费用㊂荷兰的ＩＨＣＶｒｅｍａｃＣｙｌｉｎｄｅｒｓ公司用超高速激光熔覆替代硬铬电镀，用于海上液压缸表面涂层的制备，避免了对环境的污染，且制备的涂层具备优良的耐腐蚀㊁耐磨损性能［２３］㊂传统的汽车制动盘是由含有层状石墨相的灰铸铁制成，这种材料虽然有较好的导热性和高的热容量，但是其耐腐蚀和耐磨损能力较差，需要在其表面制备耐腐蚀和耐磨损的涂层㊂目前电镀和热喷涂等传统的表面处理工艺难以使灰铸铁与其表面的涂层发生冶金结合，还容易在涂层中产生气孔和裂纹等缺陷㊂针对该问题，德国弗劳恩霍夫研究所的研究人员采用超高速激光熔覆技术在制动盘表面制备了一层涂层，制造过程及成品如图７所示，该涂层与基体呈冶金结合，不会发生剥落，且低热输入还可以防止制动盘灰铸铁的碳元素溶解到其表面的熔池之中，从而避免了产生气孔以及涂层和结合区的裂纹等㊂德国的博世公司也将超高速激光熔覆技术应用于制动盘涂层的制造，使得制动盘的使用寿命得以延长，还减少了加工的成本［２３］㊂图７㊀利用超高速激光熔覆制备制动盘涂层的过程及成品超高速激光熔覆也可用于在现有的㊁传统生产的部件上制造体积元素㊂例如，要用常规方法制造法兰或密封座，必须在旋转轴上加工毛坯数小时，但是使用结合了超高速激光熔覆的增材方法生产相同的部件只需几分钟，随后的车削也在几分钟内完成㊂弗朗霍夫研究所与总部位于威斯巴登的Ｐｏｎｔｉｃｏｎ公司合作开发一个３Ｄ超高速激光熔覆系统［２３］，如图８所示，该系统利用３个线性致动器和平行运动设计，在激光加工头保持静止的情况下，以极快的速度移动加工平台，能够以最大精度创建３Ｄ打印实体㊂此外，位于亚琛的ＨＰＬ技术公司目前也在建设一个可以用于大规模生产的系统［１１］㊂图８㊀３Ｄ超高速激光熔覆系统［２３］４㊀结语与展望超高速激光熔覆的熔覆效率高㊁涂层质量好，这吸引了国内外学者对它的探索与研究，它在工业生产中的不断应用不仅取决于独特的技术优势，也在于其良好的环境效益和巨大的经济潜力㊂目前，超高速激光熔覆技术的研究虽然取得了一定的进展，但由于其发展时间较短，在以下几个方面仍需深入研究㊂㊃４５１㊃机床与液压第４９卷（１）熔覆设备方面㊂超高速激光熔覆设备发展至今仍仅用于轧辊㊁柱塞㊁液压支架等旋转对称的零件，这限制了超高速激光熔覆技术在自由曲面㊁大型平面上的应用㊂目前，对熔覆设备需进一步研发，以拓宽超高速激光熔覆技术在表面处理方面的应用范围㊂（２）熔覆材料方面㊂超高速激光熔覆在熔覆速度上较传统熔覆有质的提升，在送粉时为了满足熔覆效率和熔覆质量的要求，其粉末应具有优异的流动性，且要使粉末在基体上方完全熔化，粉末粒径不宜过大㊂此外为了满足熔覆层的使用要求，其熔覆材料应具备优良的耐腐蚀㊁耐磨损性能，因此对新型熔覆材料的研究对超高速激光熔覆的发展具有重要意义㊂（３）成型机制方面㊂超高速激光熔覆是一种快速加热冷却的工艺，熔池的结晶凝固是一个非平衡凝固的过程㊂在成型过程中，其涂层内部的应力形成机制及裂纹控制等尚未完全明确，对这方面进行深入研究将使得涂层质量进一步优化㊂（４）制造工艺方面㊂增材制造技术有改变现有生产方式的潜力，但目前其生产效率和精度等问题限制了它在工业中的发展，对超高速激光熔覆技术结合增材制造的不断研究，将能弥补传统增材制造技术效率和精度不足的问题，推动３Ｄ增材制造技术的发展，在未来会极大地促进金属３Ｄ打印技术产业化应用㊂参考文献：［１］ＯＬＥＧＲ．Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｗｉｔｈａｆｕｔｕｒｅ：ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｍｅｔａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｒｅｐｌａｃｅｓｈａｒｄｃｈｒｏｍｅｐｌａｔｉｎｇ［Ｊ］．ＬａｓｅｒＴｅｃｈｎｉｋＪｏｕｒｎａｌ，２０１７，１４（１）：２８－３０．［２］ＳＣＨＯＰＰＨＯＶＥＮＴ，ＧＡＳＳＥＲＡ，ＢＡＣＫＥＳＧ．ＥＨＬＡ：ｅｘ⁃ｔｒｅｍｅｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｍａｔｅｒｉａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＬａｓｅｒＴｅｃｈ⁃ｎｉｋＪｏｕｒｎａｌ，２０１７，１４（３）：４５．［３］ＬＩＱＬ，ＤＥＮＧＣＭ，ＬＩＬ，ｅｔａｌ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｎｔｅｒ⁃ｆａｃｅ⁃ａｄｈｅｓｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｌｙｓｐｒａｙｅｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｇｒａｄｉｅｎｔｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓＦｅＣｒＡｌ－ｃｅｒａｍｉｃｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．ＣｅｒａｍｉｃｓＩｎ⁃ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２０２０，４６（５）：５９４６－５９５９．［４］ＬＩＢＣ，ＺＨＵＨＭ，ＱＩＵＣＪ，ｅｔａｌ．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｄｕｃｔｉｌｅｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｃｏａｔｉｎｇｓｗｉｔｈＮｂａｄｄｉｔｉｏｎｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｌ⁃ｌｏｙｓａｎｄＣｏｍｐｏｕｎｄｓ，２０２０，８３２：１５４９８５．［５］王斌修，李成彪．激光熔覆技术研究现状及展望［Ｊ］．机床与液压，２０１３，４１（７）：１９２－１９４．ＷＡＮＧＢＸ，ＬＩＣＢ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１３，４１（７）：１９２－１９４．［６］李广琪，王丽芳，赵亮，等．激光熔覆层裂纹问题的研究进展［Ｊ／ＯＬ］．热加工工艺，２０２１，５０（１６）：１３－１７．ＬＩＧＱ，ＷＡＮＧＬＦ，ＺＨＡＯＬ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｃｒａｃｋｐｒｏｂｌｅｍｏｆｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｌａｙｅｒ［Ｊ／ＯＬ］．ＨｏｔＷｏｒｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，５０（１６）：１３－１７．［７］ＨＡＬＤＡＲＢ，ＳＡＨＡＰ．ＰｒｏｂｌｅｍｓｏｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈａｒｄａｎｄｌｏｗｆｒｉｃｔｉｏｎｉｎｓｉｔｕｃｏａｔｉｎｇｓｏｎＴｉ－６Ａｌ－４Ｖｕｓｉｎｇｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｄｉａＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，２０１８，２０：４４６－４５１．［８］ＫＥＬＢＡＳＳＡＩ，ＧＡＳＳＥＲＡ，ＭＥＩＮＥＲＳＷ，ｅｔａｌ．ＨｉｇｈｓｐｅｅｄＬＡＭ［Ｃ］／／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＬａｓｅｒａｎｄＴｅｒａ－ＨｅｒｔｚＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３：３８３－３８５．［９］ＳＣＨＯＰＰＨＯＶＥＮＴ，ＧＡＳＳＥＲＡ，ＷＩＳＳＥＮＢＡＣＨＫ，ｅｔａｌ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｕｌｔｒａ⁃ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｍａｔｅｒｉａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｓａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｆｏｒｈａｒｄｃｈｒｏｍｅｐｌａｔｉｎｇａｎｄｔｈｅｒｍａｌｓｐｒａｙｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｓｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１６，２８（２）：０２２５０１．［１０］贾云杰．超高速激光熔覆铁基合金数值模拟研究［Ｄ］．天津：天津职业技术师范大学，２０２０．ＪＩＡＹＪ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｕｌｔｒａｈｉｇｈｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｏｆＦｅｂａｓｅｄａｌｌｏｙ［Ｄ］．Ｔｉａｎｊｉｎ：ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｄｕｃａｔｉｏｎ，２０２０．［１１］ＮＩＣＫＥＬＳＬ．Ｔｈｅｙｄｏｉｔｗｉｔｈｌａｓｅｒｓ［Ｊ］．ＭｅｔａｌＰｏｗｄｅｒＲｅ⁃ｐｏｒｔ，２０２０，７５（２）：７９－８１．［１２］ＬＡＭＰＡＣ，ＳＭＩＲＮＯＶＩ．Ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｏｆａｎｉ⁃ｒｏｎｂａｓｅｄａｌｌｏｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｈａｒｄｃｈｒｏｍｅｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｓｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１９，３１（２）：０２２５１１．［１３］澹台凡亮，田洪芳，陈峰，等．高速激光熔覆在２７ＳｉＭｎ液压支架立柱上的应用探讨［Ｊ］．新技术新工艺，２０１９（３）：５２－５４．ＴＡＮＴＡＩＦＬ，ＴＩＡＮＨＦ，ＣＨＥＮＦ，ｅｔａｌ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎａｐ⁃ｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｏｎ２７ＳｉＭｎｈｙｄｒａｕ⁃ｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｃｏｌｕｍｎ［Ｊ］．ＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＮｅｗＰｒｏｃｅｓｓ，２０１９（３）：５２－５４．［１４］娄丽艳，李成新，张煜，等．低功率超高速激光熔覆ＦｅＣｒ合金薄涂层微观结构与表面形貌演化［Ｊ］．燕山大学学报，２０２０，４４（２）：１１６－１２４．ＬＯＵＬＹ，ＬＩＣＸ，ＺＨＡＮＧＹ，ｅｔａｌ．ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＦｅＣｒａｌｌｏｙｔｈｉｎｃｏａｔｉｎｇｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｂｙｕｌｔｒａ⁃ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｗｉｔｈｌｏｗｌａｓｅｒｐｏｗｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０２０，４４（２）：１１６－１２４．［１５］王暑光，石拓，傅戈雁，等．激光内送粉高速熔覆Ｃｒ５０Ｎｉ合金稀释率及单道形貌分析［Ｊ］．表面技术，２０２０，４９（７）：３１１－３１８．ＷＡＮＧＳＧ，ＳＨＩＴ，ＦＵＧＹ，ｅｔａｌ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｌｕｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｓｉｎｇｌｅＣｈａｎｎｅｌＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇＣｒ５０Ｎｉａｌｌｏｙｂｙｌａｓｅｒｉｎｓｉｄｅ⁃ｂｅａｍｐｏｗｄｅｒｆｅｅｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４９（７）：３１１－３１８．［１６］王豫跃，牛强，杨冠军，等．超高速激光熔覆技术绿色制造耐蚀抗磨涂层［Ｊ］．材料研究与应用，２０１９，１３（３）：１６５－１７２．ＷＡＮＧＹＹ，ＮＩＵＱ，ＹＡＮＧＧＪ，ｅｔａｌ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｃｏｒｒｏｓｉｏｎ⁃ｒｅｓｉｓｔａｎｔａｎｄｗｅａｒ⁃ｒｅｓｉｓｔａｎｔｃｏａｔｉｎｇｓｅｎｖｉｒｏｎ⁃ｍｅｎｔａｌ⁃ｆｒｉｅｎｄｌｙｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｂｙａｎｏｖｅｌｓｕｐｅｒ⁃ｈｉｇｈｅｆｆｉ⁃ｃｉｅｎｔｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｌｉｃａ⁃ｔｉｏｎ，２０１９，１３（３）：１６５－１７２．（下转第１６２页）㊃５５１㊃第６期黄旭等：超高速激光熔覆研究现状及应用㊀㊀㊀ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｂｅａｒｉｎｇｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｇｅａｒｄｒｉｖｅｂａｓｅｄｏｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，２０１５，３９（５）：５０－５３．［４］ＷＩＧＧＩＮＳＲＡ．Ｍｉｎｉｍｕｍｅｎｔｒｏｐｙｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｇｅｏｅｘ⁃ｐｌｏｒａｔｉｏｎ，１９７８，１６（１／２）：２１－３５．［５］ＭＣＤＯＮＡＬＤＧＬ，ＺＨＡＯＱ，ＺＵＯＭＪ．ＭａｘｉｍｕｍｃｏｒｒｅｌａｔｅｄＫｕｒｔｏｓｉｓｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｇｅａｒｔｏｏｔｈｃｈｉｐｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓ⁃ｉｎｇ，２０１２，３３：２３７－２５５．［６］ＭＣＤＯＮＡＬＤＧＬ，ＺＨＡＯＱ．Ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔｏｐｔｉｍａｌｍｉｎｉｍｕｍｅｎｔｒｏｐｙｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎｆｉｘ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｖｉ⁃ｂｒａｔｉｏｎｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１７，８２：４６１－４７７．［７］赵磊，张永祥，朱丹宸．基于ＭＯＭＥＤＡ和ＩＩＴＤ的滚动轴承微弱故障特征提取［Ｊ］．海军工程大学学报，２０１９，３１（１）：５７－６１．ＺＨＡＯＬ，ＺＨＡＮＧＹＸ，ＺＨＵＤＣ．ＦｅａｔｕｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｆｏｒｗｅａｋｆａｕｌｔｏｆｒｏｌｌｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｂｅａｒｉｎｇｉｎｌｉｇｈｔｏｆＭＯＭＥＤＡａｎｄＩＩＴＤ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｖａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１９，３１（１）：５７－６１．［８］刘文朋，廖英英，杨绍普，等．一种基于多点峭度谱和最大相关峭度解卷积的滚动轴承故障诊断方法［Ｊ］．振动与冲击，２０１９，３８（２）：１４６－１５１．ＬＩＵＷＰ，ＬＩＡＯＹＹ，ＹＡＮＧＳＰ，ｅｔａｌ．Ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｓｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔｋｕｒｔｏｓｉｓｓｐｅｃｔｒｕｍｓａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｋｕｒｔｏｓｉｓｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＳｈｏｃｋ，２０１９，３８（２）：１４６－１５１．［９］陈辉．基于谱峭度和ＭＣＫＤ的柔性薄壁轴承故障特征提取［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１９．ＣＨＥＮＨ．Ｆａｕｌｔｆｅａｔｕｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｔｈｉｎ⁃ｗａｌｌｅｄｂｅａｒｉｎｇｓｂａｓｅｄｏｎｓｐｅｃｔｒａｌｋｕｒｔｏｓｉｓａｎｄＭＣＫＤ［Ｄ］．Ｇｕａｎｇ⁃ｚｈｏｕ：ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９．［１０］王志坚，王俊元，赵志芳，等．基于ＭＫｕｒｔ－ＭＯＭＥＤＡ的齿轮箱复合故障特征提取［Ｊ］．振动．测试与诊断，２０１７，３７（４）：８３０－８３４．ＷＡＮＧＺＪ，ＷＡＮＧＪＹ，ＺＨＡＯＺＦ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｆａｕｌｔｆｅａｔｕｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｇｅａｒｂｏｘｂａｓｅｄｏｎＭＫｕｒｔ－ＭＯＭＥＤＡ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ，２０１７，３７（４）：８３０－８３４．［１１］刘建春，胡俊锋，熊国良，等．基于谱峭度和Ｔｅａｇｅｒ能量算子的轴承故障特征增强［Ｊ］．噪声与振动控制，２０１８，３８（１）：１８２－１８７．ＬＩＵＪＣ，ＨＵＪＦ，ＸＩＯＮＧＧＬ，ｅｔａｌ．ＢｅａｒｉｎｇｆａｕｌｔｆｅａｔｕｒｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｓｐｅｃｔｒａｌｋｕｒｔｏｓｉｓａｎｄＴｅａｇｅｒｅｎｅｒｇｙｏｐｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＮｏｉｓｅａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ，２０１８，３８（１）：１８２－１８７．［１２］李振．柔性薄壁轴承振动信号分析与诊断方法研究［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１８．ＬＩＺ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｉａｇｎｏｓｉｓｍｅｔｈｏｄｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｔｈｉｎ⁃ｗａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓ［Ｄ］．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ：ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８．［１３］王志坚，张纪平，王俊元，等．基于ＭＥＤ⁃ＭＯＭＥＤＡ的风电齿轮箱复合故障特征提取研究［Ｊ］．电机与控制学报，２０１８，２２（９）：１１１－１１８．ＷＡＮＧＺＪ，ＺＨＡＮＧＪＰ，ＷＡＮＧＪＹ，ｅｔａｌ．Ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ⁃ｇｅａｒｂｏｘｍｕｌｔｉ⁃ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｂａｓｅｄｏｎＭＥＤ⁃ＭＯＭＥＤＡ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１８，２２（９）：１１１－１１８．（责任编辑：张艳君）（上接第１５５页）［１７］ＬＩＬＱ，ＳＨＥＮＦＭ，ＺＨＯＵＹＤ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌＡＩＳＩ４３１ｃｏａｔｉｎｇｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｅｘｔｒｅｍｅ⁃ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄａｎｄｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｓｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１９，３１（４）：０４２００９．［１８］李俐群，申发明，周远东，等．超高速激光熔覆与常规激光熔覆４３１不锈钢涂层微观组织和耐蚀性的对比［Ｊ］．中国激光，２０１９，４６（１０）：１７４－１８３．ＬＩＬＱ，ＳＨＥＮＦＭ，ＺＨＯＵＹＤ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｉ⁃ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆ４３１ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｃｏａｔｉｎｇｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇａｎｄｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａ⁃ｓｅｒｓ，２０１９，４６（１０）：１７４－１８３．［１９］ＳＨＥＮＢＷ，ＤＵＢＲ，ＷＡＮＧＭＨ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｌａｙｅｒｆｏｒｍｅｄｂｙｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄａｎｄｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｌａｓｅｒｍｅｌｔｉｎｇｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＦｒｏｎｔｉｅｒｓｉｎＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１９，６：２４８．［２０］ＳＨＥＮＦＭ，ＴＡＯＷ，ＬＩＬＱ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃｏａｔｉｎｇｓｂｙｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＳｕｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ，２０２０，５１７：１４６０８５．［２１］ＳＣＨＯＰＰＨＯＶＥＮＴ，ＰＩＲＣＨＮ，ＭＡＮＮＳ，ｅｔａｌ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ／ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｐｏｗｄｅｒ⁃ｇａｓｊｅｔｆｏｒｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｍａｔｅｒｉａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｏａｔｉｎｇｓ，２０２０，１０（４）：４１６．［２２］ＬＩＡＯＨ，ＦＡＮＪ，ＬＩＵＨ，ｅｔａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｉｅｓｏｆｅｘ⁃ｔｒｅｍｅｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｍａｔｅｒｉａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｔｐｏｗｄｅｒ⁃ｓｃａｌｅ［Ｃ］／／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆＡＳＭＥ２０１９Ｉｎｔｅｒｎａ⁃ｔｉｏｎａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｇｒｅｓｓａｎｄＥｘｐｏｓｉｔｉｏｎ，２０１９．［２３］ＳＣＨＯＰＰＨＯＶＥＮＴ，ＳＣＨＬＥＩＦＥＮＢＡＵＭＪＨ，ＴＨＡＲＭＡＫＵＬＡＳＩＮＧＡＭＳ，ｅｔａｌ．Ｓｅｔｔｉｎｇｓｉｇｈｔｓｏｎａ３Ｄｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＶｉｅｗｓ，２０１９，１６（５）：６４－６８．（责任编辑：张艳君）㊃２６１㊃机床与液压第４９卷。

激光熔覆技术分析与展望讲解
1.熔融层的覆盖能力比较强；
2.能添加各种功能材料，比如抗锈蚀、抗磨损、抗疲劳等；
3.对基体的影响小，可以在基体物理性能基础上有效改善表面性能。

激光熔铸技术不仅能加工表面，而且有可能改善表面的微观结构，如晶粒尺寸、夹杂物种类及其分布，从而提高材料的承载能力和耐受性。

因此，激光熔覆技术可以为材料提供超强的抗磨损性能以及优良的抗腐蚀性能，在航空航天、船舶、军事、特种机械等领域都有广泛应用。

然而，激光熔覆技术也存在一些缺点。

其一是材料系数的变化，这可能会导致力学性能的变化。

另外，激光熔覆过程中可能出现熔池熔化，熔池熔化可能会影响沉积层的性能。

最后，激光熔覆技术还会产生大量的废弃物，对环境的污染也不可忽视。

因此，未来应该采取具体的对策来解决激光熔覆技术存在的问题：。

激光熔覆激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。

目前，激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。

为推动激光熔覆技术的产业化，激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。

目前，激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。

为推动激光熔覆技术的产业化，世界各国的研究人员针对激光熔覆涉及到的关键技术进行了系统的研究，已取得了重大的进展。

国内外有大量的研究和会议论文、专利介绍激光熔覆技术及其最新的应用：包括激光熔覆设备、材料、工艺、监测与控制、质量检测、过程的模拟与仿真等研究内容。

但到目前为止，激光熔覆技术还不能大面积工业化应用。

分析其原因，这里有政府导向的因素、激光熔覆技术本身成熟程度的限制、社会各界对激光熔覆技术的认可程度等因素。

因此，激光熔覆技术欲实现全面的工业化应用，必须加大宣传力度，以市场需求为导向，重点突破制约发展的关键因素，解决工程应用中涉及到的关键技术，相信在不远的将来，激光熔覆技术的应用领域及其强度将不断的扩大。

下面介绍激光熔覆技术几个发展的动态，以飨读者。

激光熔覆的优势激光束的聚焦功率密度可达1010~12W/cm2，作用于材料能获得高达1012K/s的冷却速度，这种综合特性不仅为材料科学新学科的生长提供了强有力的基础，同时也为新型材料或新型功能表面的实现提供了一种前所未有的工具。

《激光熔覆316L不锈钢微纳米金属陶瓷涂层组织和性能研究》一、引言激光熔覆技术作为一种先进的表面工程技术，已经在制造业中得到了广泛的应用。

通过激光熔覆技术，可以在金属基材上制备出具有优异性能的涂层，提高基材的耐磨、耐腐蚀、抗氧化等性能。

本文以316L不锈钢为基材，研究了激光熔覆微纳米金属陶瓷涂层的组织和性能，为进一步应用该技术提供理论依据。

二、实验材料与方法1. 实验材料实验所用基材为316L不锈钢，涂层材料为微纳米金属陶瓷粉末。

粉末的成分和粒度对涂层的组织和性能有着重要影响，因此需选用合适的粉末。

2. 实验方法采用激光熔覆技术，将金属陶瓷粉末熔覆在316L不锈钢基材上。

通过调整激光功率、扫描速度、粉末涂层厚度等参数，研究不同工艺参数对涂层组织和性能的影响。

三、涂层组织研究1. 显微组织观察通过扫描电子显微镜（SEM）观察涂层的显微组织，分析涂层的形貌、晶粒大小、分布等情况。

结果表明，激光熔覆过程中，金属陶瓷粉末与基材之间发生了冶金结合，形成了致密的涂层。

随着激光功率的增加和扫描速度的降低，晶粒尺寸逐渐增大。

2. 物相分析通过X射线衍射（XRD）分析涂层的物相组成。

结果表明，涂层主要由金属陶瓷相和基材相组成，且随着粉末中金属陶瓷含量的增加，金属陶瓷相的含量也增加。

此外，涂层中还可能存在少量的氧化物和其他杂质相。

四、涂层性能研究1. 耐磨性能通过摩擦磨损试验机测试涂层的耐磨性能。

结果表明，激光熔覆微纳米金属陶瓷涂层具有优异的耐磨性能，明显高于基材。

随着激光功率的增加和扫描速度的降低，涂层的耐磨性能先增加后降低。

这主要是由于在合适的工艺参数下，涂层具有致密的显微组织和较小的晶粒尺寸，从而提高了涂层的耐磨性能。

2. 耐腐蚀性能通过电化学腐蚀试验测试涂层的耐腐蚀性能。

结果表明，激光熔覆微纳米金属陶瓷涂层具有较好的耐腐蚀性能，其腐蚀电流密度和腐蚀速率均低于基材。

此外，涂层的耐腐蚀性能还与其成分、显微组织、晶粒尺寸等因素有关。

油缸激光熔覆技术1. 引言油缸激光熔覆技术是一种先进的表面修复和涂覆技术，通过利用激光束对油缸进行高能量加热，使其表面熔化，然后迅速冷却，形成一个坚固的涂层，以提高油缸的耐磨性和耐腐蚀性。

本文将全面介绍油缸激光熔覆技术的原理、应用、优势和发展趋势。

2. 原理油缸激光熔覆技术是利用高能量密度的激光束来对油缸进行热处理，将其表面部分熔化并迅速冷却。

常用的熔覆材料包括金属合金粉末和陶瓷粉末。

激光熔覆设备主要由激光器、光学系统、工作台、粉末供给系统和控制系统等组成。

激光器产生高能量密度的激光束，通过光学系统将激光束聚焦在油缸表面，形成一个小尺寸、高能量密度的热源。

粉末供给系统将熔覆材料粉末喷射到激光熔化区域，然后迅速冷却，形成一个致密、粘附良好的涂层。

3. 应用油缸激光熔覆技术在许多工业领域都有广泛的应用。

3.1 润滑油缸修复在工业设备中，油缸承受着高温、高压和摩擦等极端工作条件，容易出现磨损、腐蚀和疲劳断裂等问题。

油缸激光熔覆技术可以修复和加固油缸表面，提高其耐磨性和抗腐蚀性，延长其使用寿命。

3.2 柱塞凸轮轴涂覆柱塞凸轮轴是内燃机重要的运动部件，其涂覆层质量直接影响整个发动机的工作效率和可靠性。

油缸激光熔覆技术可以在柱塞凸轮轴表面形成均匀的涂覆层，提高摩擦性能和耐磨性，减少燃烧塞垢，降低燃烧和振动噪声。

3.3 液压系统零件涂覆液压系统中的液压缸、阀件和泵体等零件通常易受腐蚀和磨损。

油缸激光熔覆技术可以在这些零件表面形成耐腐蚀和耐磨的涂层，提高其工作性能和使用寿命，减少漏油和故障发生的概率。

4. 优势油缸激光熔覆技术相比于传统的表面修复和涂覆技术具有许多优势。

4.1 高能量密度激光熔覆技术利用高能量密度的激光束进行热处理，可以在极短的时间内将油缸表面加热到熔化温度，然后迅速冷却。

这样可以有效地控制熔覆区域的尺寸和深度，提高涂层的质量和粘附力。

4.2 高精度激光束具有很强的方向性和集中性，可以精确地聚焦在油缸表面的小区域进行加热，避免对周围区域造成热影响和变形。