激光熔覆修復(fù)技術(shù)

激光熔覆修復(fù)技術(shù)是一種材料表面改性技術(shù)。它是利用激光高功率密度光束，由激光加工系統(tǒng)在數(shù)控控制下，在基體表面指定部位形成一層很薄的微熔層，通過預(yù)置或同步方式添加特定成分的自熔合金粉，如鎳基、鈷基和鐵基合金等，使它們以熔融狀態(tài)均勻地鋪展在零件表層并達(dá)到預(yù)定厚度，與微熔的基體金屬材料形成良好的冶金結(jié)合，并且相互間只有很小的稀釋度，在隨后的快速凝固過程中，在零件表面形成與基體完全不同的，具有預(yù)定特殊性能的功能熔覆材料層，從而可以完全改變材料表面性能，最終使得價(jià)廉的材料表面獲得極高的耐磨、耐蝕、耐高溫等性能。

按照材料添加方式的不同，激光熔覆的方法分為預(yù)置法和同步送粉法。預(yù)置法顧名思義就是預(yù)先將要涂層的材料通過噴涂或粘結(jié)等方式放置在預(yù)處理過的基材表面，然后通過激光束輻射進(jìn)行重熔后再做適當(dāng)?shù)臒崽幚恚煌剿头蹌t是在預(yù)處理后的熔覆基材表面，將粉末直接噴涂在激光輻射所形成的移動(dòng)熔池上，涂層一次性成型。同步送粉是激光熔覆技術(shù)的發(fā)展趨勢，可以充分利用激光能量，控制工藝參數(shù)，提高生產(chǎn)效率和覆層質(zhì)量。但是同步送粉對粉末的顆粒粒度、流動(dòng)性等方面也有要求，需要根據(jù)具體情況而定。

激光熔覆材料及特性

在激光熔覆的研究中，材料研究是一個(gè)重要方向，重在研究各種添加材料與實(shí)際應(yīng)用場景中零部件的相容性。

1.鐵基合金粉末適用于要求局部耐磨而且容易變形的零件。

2.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，如碳鋼、合金鋼、鑄鐵及鋁合金等。

3.鈷基合金粉末具有良好耐高溫性能，耐磨耐蝕也較強(qiáng)，常用于石化和冶金領(lǐng)域。

4.陶瓷材料在高溫下有較高的強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性高，常用于要求耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化性的零件。

5.由于單一材料在滑動(dòng)磨損、沖擊磨損和磨粒磨損嚴(yán)重的情況下會(huì)無法滿足使用工況的要求。因此，金屬涂層與陶瓷涂層的復(fù)合使用成為研究熱點(diǎn)，已有鋼、鈦合金及鋁合金表面激光熔覆多種陶瓷或金屬陶瓷涂層的研究。

與其他傳統(tǒng)表面處理技術(shù)相比，激光熔覆具有其特性和優(yōu)勢：

1.冷卻速度快（高達(dá)10^6℃/s），屬于快速凝固過程，容易得到細(xì)晶組織或產(chǎn)生平衡態(tài)所無法得到的新相，如非穩(wěn)相、非晶態(tài)等；

2.涂層稀釋率小于5%，與基體呈牢固的冶金結(jié)合或界面擴(kuò)散結(jié)合，獲得涂層成分和稀釋度可控的良好熔覆層，保證性能不變質(zhì)；

3.采用高功率密度快速熔覆，加熱速度快，對基材的熱輸入、熱影響區(qū)和畸變較??；

4.粉末選擇幾乎沒有任何限制，可以在低熔點(diǎn)金屬表面熔敷高熔點(diǎn)合金；

5.熔覆層的厚度及硬度范圍大，且熔覆層微觀缺陷少，性能更優(yōu)；

6.工藝過程采用數(shù)控控制，無接觸處理，自動(dòng)化操作，方便、靈活，可控性強(qiáng)。

激光熔覆在工業(yè)中的典型應(yīng)用

激光熔覆這種修復(fù)與再制造的工藝，一是強(qiáng)化功能，可以通過熔覆層增強(qiáng)基材性能；二是修復(fù)功能，主要體現(xiàn)在修復(fù)材料表面的孔洞和裂紋，恢復(fù)已磨損零件的幾何尺寸和性能，對幾乎整個(gè)機(jī)械制造業(yè)有著非常大的應(yīng)用價(jià)值。

在石礦、化工、冶金、電力、水泥等機(jī)械設(shè)備行業(yè)中，燃機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸和葉片、軋輥軸頸、鋼廠的牌坊等會(huì)隨著使用時(shí)間而老化損壞。這些零部件由于長期承受著燃?xì)飧邷馗邏阂约案g介質(zhì)，加上體積負(fù)荷引起的機(jī)械應(yīng)力作用，損傷多數(shù)發(fā)生在表面或表面開始，而失效模式主要是內(nèi)部金屬零部件的碎裂和開裂、磨損或腐蝕嚴(yán)重至局部剝落。因此應(yīng)用激光熔覆技術(shù)強(qiáng)化零部件表面性能能夠有效延長使用壽命，而在周期性檢修過程中，還可以通過表面再制造技術(shù)對受損部位進(jìn)行補(bǔ)救。

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子修復(fù)

對于燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)來說，失效部位常發(fā)生在熱端部件，如轉(zhuǎn)子、葉片和噴嘴。其發(fā)生在葉片根部的斷裂是不可修復(fù)型，而發(fā)生在葉片頂端面或根部的損傷便可通過修復(fù)后實(shí)現(xiàn)再利用。再者，用于發(fā)電機(jī)組的葉片往往造價(jià)極高，將修復(fù)后的葉片重裝再利用，將大大地降低電廠的發(fā)電成本。

排粉風(fēng)機(jī)葉片磨損修復(fù)

電機(jī)轉(zhuǎn)子軸勁激光熔覆

在汽車制造行業(yè)，20世紀(jì)80年代開始，歐美日俄以及中國等國家就已開始運(yùn)用激光熔覆來強(qiáng)化汽車零部件。通過此技術(shù)，達(dá)到了節(jié)約昂貴合金材料，降低生產(chǎn)成本的目的。同樣汽車模具在使用中的磨損、腐蝕、接觸疲勞而導(dǎo)致的失效也可以通過該技術(shù)煥發(fā)新生。

總之，不論是零件在服役前的表面強(qiáng)化，還是服役后發(fā)生故障進(jìn)行修復(fù)，其傳統(tǒng)的加工方式主要有表面淬火、表面滲碳或滲氮、熱噴涂、堆焊等。隨著加工技術(shù)的不斷升級和改進(jìn)，激光移動(dòng)再制造技術(shù)（激光熔覆）逐漸得到廣泛應(yīng)用。

這種激光再制造技術(shù)不僅可以用于受損零部件的修復(fù)，還可以做激光表面淬火，與傳統(tǒng)的熱處理方式相比，激光淬火是一種快熱快冷的加工技術(shù)，可在表面獲得晶粒細(xì)小的淬硬層，充分體現(xiàn)了激光再制造技術(shù)的柔性化以及先進(jìn)性。