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激光熔覆工藝方法以及熔覆材料現狀論文
激光熔覆技術的研究始于20世紀70年代,美國AVCO公司就汽車發動機許多易磨損件進行了激光熔覆技術的研究。按熔覆材料的供給方式不同，激光熔覆工藝方法分為兩種：激光熔覆合金預置法和合金同步送粉法。熔覆材料的加入形式通常有粉末、絲材、板材三種，其中以粉末的形式最為常用。
關鍵詞：激光熔覆，工藝方法，熔覆材料
1. 激光熔覆技術
激光熔覆技術的研究始于20世紀70年代，美國AVCO公司就汽車發動機許多易磨損件進行了激光熔覆技術的研究。1981年英國Rolls.Royce公司成功在噴氣發動機葉片上涂覆鈷基合金面并顯著提高了其耐磨性。由于這一新技術具有巨大的發展潛力，并能產生較大的經濟效益，因此，在生產中獲得了廣泛推廣及應用。
激光熔覆技術在目前材料表面改性技術中應用較廣泛。激光熔覆是在基體上添加不同成分的材料，利用高能激光束輻照基體，熔覆粉末和基體形成一薄層，這一薄層快速熔化并凝固成形，且基體對熔覆層稀釋度極低，因此熔覆層與基體冶金結合良好，可以制備耐熱、耐蝕、耐磨、抗氧化、抗疲勞或具有光、電、磁特性的表面保護涂層。
2. 激光熔覆工藝方法
按熔覆材料的供給方式不同，激光熔覆工藝方法分為兩種：激光熔覆合金預置法和合金同步送粉法。科技論文。
2.1 合金預置法
合金預置法是在基體的表面上通過一些方法將預涂材料置于其上，然后采用高能激光束輻照，涂層表面吸收能量使熔覆部位迅速升溫、氣化和熔化，激光束離開后，熔覆層與基體呈現良好的冶金結合。
熔覆材料的加入形式通常有粉末、絲材、板材三種，其中以粉末的形式最為常用。預置法一般包括粘結法和熱噴涂法。對于粉末類材料，預置的兩種方法都可以。熱噴涂主要優點是噴涂效率高、容易控制沉積厚度的均勻性，且與基材接合牢固，這種方法不足之處是粉末利用率低，受工件形狀限制和成本相對較高。粘接法是利用粘結劑，在基底材料的表面上，將粉末調和成膏狀涂上，這種方法的不足之處在于效率低，很難得到厚度均勻的涂層，可能會妨礙熔化或引起過渡稀釋；同時由于沉積層的導熱性不好，會消耗更多的能量；通常僅對熔覆面積較小的工件適用，這種方法在實驗室里采用。對于絲類合金材料，既可利用預置粘結法，也可利用熱噴涂法進行噴涂，但板類合金材料主要利用預置粘結法。科技論文。
2.2 合金同步送粉法
合金同步送粉法是將材料直接送入激光工作區，使供料和熔覆同時完成。利用激光作用，把熔覆材料和基體一起熔化，然后冷凝成熔覆層。這種方法可以把激光能量充分利用，大大降低了熔覆層的不均勻性，同時還減少了激光對基體的熱作用。合金同步送粉法過程比較簡單，而且耗材少，同步送粉法可控性好，在實際應用中是很好的方法。與預置法相比，同步送粉法是激光熔覆技術的發展趨勢。
3. 激光熔覆材料體系現狀
激光熔覆粉末按照材料成分構成不同，主要分為自熔性合金粉末、陶瓷粉末和復合粉末等。
3.1自熔性合金粉末
自熔性合金粉末指加入具有強烈脫氧和自熔作用的Si、B等元素的合金粉末。目前常用的是Ni基、Co基和Fe基自熔性合金粉末。
Ni基合金粉末：這種合金粉末應用廣泛，具有合理性價比和良好材料性能，如具有良好的韌性、抗氧化性等性能，因而在激光熔覆材料中被研究的最多、應用的最廣。Ni基自熔性合金粉末可分為Ni-B-Si和Ni-Cr-B-Si兩個合金系列。Ni基自熔性合金粉末主要適用于局部要求耐磨、耐熱腐蝕的構件，熔覆Ni基的功率密度比鐵基要高一些。Ni基合金粉末不足之處是耐高溫性能較差。Ni基合金粉末中常用的是Ni60，Ni45。
Co基合金粉末：具有良好耐高溫性能，耐磨耐蝕性能也比較強，經常被應用于石化和冶金等領域。另外，鈷基粉末合金在熔化時有很好的潤濕性，其熔點相比碳化物要低，受熱后Co元素最先熔化，與合金凝固時最先形成新物相，得到光滑平整的熔覆涂層，提高熔覆層與基體的結合強度。目前，常用的Co基合金的主要元素是Ni、C、Cr 和Fe 等，其中Ni元素用來降低Co基合金熔覆層的熱膨脹系數,減小合金的熔化溫度區間，有效抑制熔覆層開裂現象,提高熔覆層對基體的潤濕性。Co基合金粉末不足之處是價格較高。
Fe 基合金粉末：Fe基合金作為激光熔覆材料，適用于溫度要求不高(溫度小于400℃)的耐磨零件，基體多為鑄鐵和低碳鋼,其最大優點是成本低耐磨性強。科技論文。Fe基合金的主要元素是Ni、B、Si及Cr 等元素，其中B、Si及Cr元素是用來提高熔覆層的硬度和耐磨性，Ni元素用來提高熔覆層的抗開裂能力。由于鐵基合金成本低，經常代替鎳基合金使用，與Ni基合金相比，鐵基合金作為激光熔覆層的不足之處是熔覆層韌性稍差。
綜上，Ni基或Co基合金具有良好的自熔性和抗氧化性，較高的耐蝕性能，Ni基或Co基合金粉末的自熔性比Fe基合金粉末要好，但價格也比Fe基自熔性合金粉末高； Fe基合金粉末雖然比Ni基或Co基合金粉末便宜，但自熔性差，抗氧化能力差。具體使用時，應合理選擇自熔性合金粉末。
3.2陶瓷粉末
陶瓷粉末主要有兩種：硅化物陶瓷粉末和氧化物陶瓷粉末,其中用的最多的是氧化物陶瓷粉末。陶瓷粉末作為熔覆層有很多優點，如耐磨耐蝕等性能都比較強，所以陶瓷粉末常被用于制備高性能熔覆層；目前，研究生物陶瓷材料也是一大熱門。
激光熔覆金屬陶瓷可以通過高能激光束作用，在金屬表面熔覆一層陶瓷材料，結合區形成均勻、致密且與基體結合牢固的復合層。陶瓷材料作為熔覆層有耐磨耐蝕的優點，但陶瓷材料作為熔覆層也有不足之處，這種材料與基體的熱膨脹系數、彈性模量及導熱系數等差別較大,這些性能的不匹配造成熔覆層開裂現象和空洞現象。近年來，用激光的高能量熔覆涂層技術，可以得到高硬度和耐磨損的陶瓷涂層。
3.3復合粉末
復合粉末是指陶瓷材料和金屬合金混合在一起的粉末，作為熔覆材料，這種粉末相比金屬粉末具有更強的材料特性，在目前材料表面改性方面應用比較廣泛。陶瓷材料包括碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等硬質材料。復合粉末和不同成分的合金粉末進行機械混合的粉末不同。不同點在于復合粉末中的單個粒子的組成成分，至少要有兩種或兩種以上不同成分的固相材料，而且不同成分的固相材料有明顯的相界面，不同成分的固相組元之間一般為機械結合。利用激光熔覆技術，把復合粉末制備成陶瓷顆粒增強金屬基復合涂層,這種熔覆層很好地將合金材料的高強度、高韌性和陶瓷顆粒相優異的耐磨、耐蝕和耐高溫等性能結合在一起。
復合粉末能大大提高熔覆層的耐磨性能，應用最多的是鈷包碳化鎢和鎳包碳化鎢。在復合粉末中，碳化物顆粒的加入方式有兩種：第一種方式是直接加入激光熔池；第二種方式是直接與金屬粉末混合成粉末。其中第二種方式是比較有效的，因此用的比較多。
4 結論
除自熔性合金粉末、陶瓷粉末和復合粉末外，激光熔覆粉末材料還包括銅基、鈦基、鋁基、鎂基等以及金屬間化合物基材料等。這些材料多數是利用合金體系的某些特殊性質使其達到耐磨減摩、耐蝕、導電、抗高溫、抗熱氧化等多種功能。
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