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激光(guāng)熔(róng)覆技術是指(zhǐ)以不同的填料方(fāng)式将(jiāng)所(suǒ)選塗層合金(jīn)粉末(mò)放置于(yú)基(jī)體表面，利(lì)用高能激(jī)光(guāng)束(shù)輻照(zhào)，使之(zhī)作(zuò)用于基體表面，迅速熔(róng)化、擴展(zhǎn)和凝(níng)固(gù)在基(jī)材表(biǎo)面的(de)過程，進而(ér)形成(chéng)一層與基(jī)底材(cái)料相結(jié)合(hé)的覆(fù)蓋層。這個新(xīn)生(shēng)成的(de)覆蓋(gài)層能夠顯著改善甚(shèn)至再(zài)造基體材(cái)料，使(shǐ)其能(néng)夠達(dá)到耐(nài)磨(mó)損、耐熱(rè)、耐腐蝕、抗(kàng)氧化(huà)及其(qí)他目标特(tè)性。

激光熔覆技(jì)術是一個複雜(zá)的物理、化學冶(yě)金過程，激(jī)光參數的設置對熔(róng)覆層質量(liàng)的影(yǐng)響較大。除(chú)此之(zhī)外，合金(jīn)粉末的選擇(zé)也是重要(yào)的因素(sù)。激(jī)光熔(róng)覆合(hé)金粉末按照(zhào)材料成分構成可(kě)分為：自熔(róng)性合金粉末、複(fú)合粉(fěn)末和陶瓷粉末(mò)。其中(zhōng)，自熔(róng)性(xìng)合(hé)金粉末的(de)在現實中研(yán)究(jiū)與應用.多(duō)。

一、自(zì)熔性合金(jīn)粉末(mò)

自熔(róng)性合金粉(fěn)末可以分為鐵(tiě)基(fe)、鎳(niè)基(jī)(ni)、钴基(co)合(hé)金粉(fěn)末，其(qí)主要特點(diǎn)是含有硼(péng)(b)和矽(si)，因(yīn)而(ér)具有(yǒu)自脫氧和造渣(zhā)性能;還(hái)含(hán)有較(jiào)高的(de)鉻，它們優(yōu)先與合金(jīn)粉末(mò)中的氧和工件(jiàn)表面氧化(huà)物一(yī)起熔融生成低(dī)熔點(diǎn)的(de)硼矽酸鹽等(děng)覆蓋在熔(róng)池表面，防(fáng)止液态金屬過(guò)度氧化，從而(ér)改善熔體對(duì)基體金屬的潤濕能力，減(jiǎn)少熔(róng)覆(fù)層中(zhōng)的夾雜和(hé)含(hán)氧量，提高(gāo)熔覆(fù)層的(de)工藝(yì)成形(xíng)性能，因而(ér)具有優異(yì)的耐蝕性和抗(kàng)氧化性。對碳鋼、不鏽(xiù)鋼(gāng)、合(hé)金鋼、鑄鋼(gāng)等多種基(jī)材有較好(hǎo)的适(shì)應性(xìng)，能獲得氧化物含量(liàng)低、氣(qì)孔率(lǜ)小(xiǎo)的熔覆(fù)層。但(dàn)對于含硫鋼，由(yóu)于(yú)硫的存(cún)在，在交界面處(chù)易形成一種低熔點的脆性物相，使(shǐ)得覆層易(yì)于剝(bāo)落，因此應(yīng)慎重選用(yòng)。

01　　鐵基(jī)(fe)自熔性合金粉末

fe基自熔(róng)性合(hé)金粉(fěn)末适(shì)用于(yú)要求局(jú)部耐磨(mó)且容易變形(xíng)的(de)零件(jiàn)，基體(tǐ)多為(wéi)鑄鐵和(hé)低(dī)碳鋼(gāng)，其.大(dà)優(yōu)點(diǎn)是材料來源廣(guǎng)泛、成(chéng)本低且抗磨性(xìng)能好(hǎo)。缺點(diǎn)是熔點高、抗氧(yǎng)化性(xìng)差，熔覆(fù)層(céng)易開裂、易産生氣孔(kǒng)等。在鐵基(jī)合金粉末成分(fèn)中，通(tōng)過調(diào)整合(hé)金元(yuán)素含量來調整(zhěng)塗層的硬度，并(bìng)通過添加其(qí)它(tā)元素改善(shàn)熔覆(fù)層的硬度、開裂(liè)敏感性和殘餘(yú)奧氏體(tǐ)的(de)含量(liàng)，從而提高(gāo)熔覆(fù)層的(de)耐磨(mó)性和韌性。激光熔覆(fù)用的(de)鐵基自熔(róng)性合金(jīn)粉(fěn)末分(fèn)為兩(liǎng)種類型：奧(ào)氏體不鏽(xiù)鋼型(xíng)和高鉻鑄鐵型(xíng)。

鐵基(jī)合(hé)金粉末

近年來，有關激(jī)光熔(róng)覆的研(yán)究(jiū)，不少(shǎo)人(rén)圍繞鐵(tiě)基粉(fěn)末中加入(rù)其它成分進行(háng)實驗。結(jié)果(guǒ)表明，加入稀土(tǔ)改善(shàn)了熔覆層(céng)表面鈍化膜(mó)的抗剝(bāo)落能(néng)力，在不同(tóng)程度上減輕了(le)材料的腐蝕(shí)失(shī)重，提高了熔覆(fù)層的(de)耐(nài)腐蝕能力。

02　　鎳(niè)基(jī)(ni)自熔性合金粉末(mò)

ni基自熔性合金粉末(mò)以其(qí)良好(hǎo)的潤(rùn)濕性、耐(nài)蝕性、高(gāo)溫自潤滑(huá)作用和适(shì)中的價格(gé)在激光熔覆材(cái)料中(zhōng)研(yán)究.多、應(yīng)用.廣。

鎳基(jī)合金(jīn)粉末(mò)

鎳基(ni)自熔(róng)性合金(jīn)粉(fěn)末在滑動、沖擊磨損和磨粒(lì)磨(mó)損嚴重的條(tiáo)件下，單(dān)純的自熔(róng)性合(hé)金(jīn)粉已不(bú)能勝(shèng)任使用要求(qiú)，此時可(kě)在自熔性(xìng)合金粉(fěn)末(mò)中加(jiā)入各(gè)種高熔點(diǎn)的(de)碳化物、氮化(huà)物、硼化物和氧(yǎng)化物(wù)陶瓷(cí)顆粒，制成(chéng)金(jīn)屬(shǔ)複合(hé)塗層(céng)。

03　　钴基(co)自熔(róng)性合(hé)金粉末

钴(gǔ)基(co)自熔性合(hé)金(jīn)粉末具(jù)有(yǒu)優良(liáng)的耐熱、耐蝕、耐磨、抗沖擊和抗(kàng)高溫氧(yǎng)化(huà)性能(néng)，常被應用(yòng)于(yú)石(shí)化、電(diàn)力、冶(yě)金等(děng)工業(yè)領域的耐(nài)磨耐蝕耐高溫等(děng)場合。co基(jī)自熔(róng)性合(hé)金潤濕性好，其(qí)熔點較碳化物(wù)低(dī)，受(shòu)熱後(hòu)co元素(sù).先(xiān)處于熔(róng)化狀态(tài)，而合金(jīn)凝固時(shí)它.先與(yǔ)其它元素(sù)形成(chéng)新的(de)物相，對熔(róng)覆層(céng)的強化極(jí)為有(yǒu)利。目前，钴(gǔ)基合(hé)金所用(yòng)的(de)合金元素(sù)主要(yào)是鎳、碳(tàn)、鉻(gè)和鐵(tiě)等。其(qí)中，鎳元素(sù)可(kě)以降低(dī)钴基(jī)合金熔覆層(céng)的熱膨脹系數，減(jiǎn)小合(hé)金的熔化(huà)溫度區間，有效防(fáng)止熔覆層産(chǎn)生裂紋，提高(gāo)熔覆合金對基體的潤濕性(xìng)。

钴基(jī)合金(jīn)粉(fěn)末

綜合(hé)分析可以看出(chū)，ni基或co基自熔性(xìng)合金粉末(mò)體系具有良好(hǎo)的自(zì)熔性和耐蝕、耐(nài)磨(mó)、抗氧化(huà)性能(néng)，但價格較高;fe基自熔(róng)性合金粉(fěn)末雖(suī)然(rán)便(biàn)宜，但(dàn)自熔(róng)性差，易開(kāi)裂和氧化。因此(cǐ)，在實(shí)際應用(yòng)中，應根據使(shǐ)用要求合理選擇自(zì)熔性(xìng)合金(jīn)粉末(mò)體系。

二、複合粉(fěn)末

複合粉(fěn)末主(zhǔ)要是指碳化物(wù)、氮化物、硼化物(wù)、氧化(huà)物及矽化(huà)物等各種(zhǒng)高熔(róng)點硬質陶瓷材(cái)料與金屬混合或複(fú)合而形成的粉末體(tǐ)系。複(fú)合粉(fěn)末可以借(jiè)助激光熔覆技術制(zhì)備出(chū)陶瓷(cí)顆粒增強金屬(shǔ)基複(fú)合塗(tú)層，将(jiāng)金屬的(de)強韌性(xìng)、良好的(de)工藝性(xìng)和陶瓷(cí)材料優(yōu)異的耐磨、耐蝕(shí)、耐高溫和(hé)抗氧(yǎng)化特性有機結(jié)合起來，能在一(yī)定程度上使碳(tàn)化物(wù)免受氧化(huà)和分(fèn)解，從而獲(huò)得具有很高耐(nài)磨和(hé)硬度(dù)的塗(tú)層，這是(shì)是(shì)目前激光熔覆技術(shù)領域研究(jiū)發展的熱(rè)點。其中，碳(tàn)化物合金粉末(mò)和氧化物合金粉末研究和應(yīng)用.多(duō)，主要應用(yòng)于制備耐(nài)磨塗(tú)層。複合(hé)粉末中(zhōng)的碳化物(wù)顆粒可以直接(jiē)加入(rù)激光(guāng)熔池或者(zhě)直接(jiē)與金屬粉(fěn)末混合成混合粉末，但更有效(xiào)的是以包覆型(xíng)粉末(如鎳包碳(tàn)化物、钴包碳化(huà)物)的形式加入。

鎳基(jī)碳化(huà)鎢粉(fěn)末

在激(jī)光熔覆(fù)過程(chéng)中，包覆型粉(fěn)末的包覆金(jīn)屬對芯(xīn)核(hé)碳化(huà)物能(néng)起(qǐ)到有效(xiào)保護、減(jiǎn)弱(ruò)高能(néng)激光(guāng)與(yǔ)碳化物(wù)的直(zhí)接作用，可(kě)有效減弱或(huò)避(bì)免碳化物發生(shēng)燒損、失碳、揮發等現(xiàn)象(xiàng)。

三(sān)、陶瓷粉末

陶瓷(cí)粉末(mò)主要包括矽化(huà)物陶(táo)瓷粉末和(hé)氧化物陶瓷粉(fěn)末，其(qí)中又以氧(yǎng)化物陶瓷(cí)粉末(mò)(氧化(huà)鋁和(hé)氧化(huà)锆)為(wéi)主。氧(yǎng)化锆(gào)比氧(yǎng)化(huà)鋁陶瓷(cí)粉末(mò)具有(yǒu)更低(dī)的熱(rè)導(dǎo)性和更(gèng)好的(de)熱抗(kàng)震性(xìng)能，因而也常用(yòng)于制備(bèi)熱(rè)障塗(tú)層。由(yóu)于陶瓷粉(fěn)末具有優(yōu)異的(de)耐磨(mó)、耐(nài)蝕、耐高(gāo)溫和抗(kàng)氧(yǎng)化特(tè)性，所(suǒ)以它常被(bèi)用于制備(bèi)高溫(wēn)耐磨(mó)耐蝕塗層(céng)。目前，生物陶瓷材料(liào)是研(yán)究的(de)一個熱點。

氧化锆陶(táo)瓷粉

陶瓷(cí)粉末缺點：與基(jī)體金(jīn)屬的熱膨(péng)脹系數、彈(dàn)性模(mó)量及導熱系數(shù)等差别較大，熔(róng)覆層易出現裂(liè)紋和孔(kǒng)洞等缺陷，在(zài)使用中容(róng)易出現變(biàn)形開裂、剝(bāo)落損壞等現(xiàn)象。

為了(le)解決(jué)純陶瓷塗層(céng)中的裂(liè)紋及(jí)與金(jīn)屬基體的高強(qiáng)結合，有(yǒu)學(xué)者嘗試使用中間過(guò)渡層(céng)并在(zài)陶(táo)瓷(cí)層中加入(rù)低熔(róng)點高膨(péng)脹(zhàng)系數(shù)的cao、sio2、tio2等(děng)來降低内(nèi)部應力，緩(huǎn)解了(le)裂紋傾向，但現有的研究(jiū)表明，純陶瓷(cí)塗層的(de)裂紋和剝落問題并未得到很(hěn)好解決，因(yīn)此(cǐ)有(yǒu)待于(yú)進一步深(shēn)入研究(jiū)。

目前對激光(guāng)熔覆生物(wù)陶瓷(cí)材料(liào)的研究主要集中在(zài)ti基合(hé)金、不(bú)鏽鋼等金(jīn)屬(shǔ)表面進(jìn)行激光熔覆的羟基磷灰石(hap)、氟(fú)磷灰石(shí)以(yǐ)及含ca、pr等生(shēng)物陶瓷材(cái)料上。羟基(jī)磷灰石生(shēng)物陶瓷具(jù)有良好的(de)生物(wù)相容(róng)性，作為(wéi)人(rén)體牙齒早(zǎo)已受(shòu)到國内外有關(guān)學者(zhě)的廣(guǎng)泛重視。總體(tǐ)來說激(jī)光熔覆生(shēng)物陶瓷材料的(de)研究(jiū)起步雖(suī)然較晚，但發(fā)展非常迅(xùn)速(sù)，是一(yī)個前景(jǐng)廣闊的(de)研究方向。

四、其他(tā)金屬(shǔ)粉末(mò)

除以上幾(jǐ)類激光熔覆粉末材料體(tǐ)系，目(mù)前已開(kāi)發(fā)研究的熔覆材(cái)料體(tǐ)系還(hái)包(bāo)括：銅基(jī)、钛基(jī)、鋁基(jī)、鎂基(jī)、锆(gào)基(jī)、鉻基以及(jí)金屬(shǔ)間(jiān)化(huà)合物(wù)基材料等。這些材料多(duō)數是利(lì)用合(hé)金體系的某些(xiē)特殊性質(zhì)使其(qí)達(dá)到耐磨(mó)、減摩、耐(nài)蝕、導電(diàn)、抗高溫(wēn)、抗熱氧(yǎng)化等(děng)一(yī)種或多種功能。

1、銅基

銅(tóng)基激(jī)光熔覆材(cái)料主要包(bāo)括cu-ni-b-si、cu-ni-fe-co-cr-si-b、cu-al2o3、cu-cuo等(děng)銅基合金粉末及複合(hé)粉末材(cái)料。利(lì)用銅合金(jīn)體系存在液相分離(lí)現象(xiàng)等冶(yě)金性質(zhì)，可(kě)以設計出(chū)激光熔覆(fù)銅基自生複合(hé)材料的(de)銅基(jī)複(fú)合粉末材(cái)料。研究表(biǎo)明，其激光(guāng)熔覆(fù)層中存在大量(liàng)的(de)自生硬(yìng)質顆粒增(zēng)強體(tǐ)，具有良好的耐(nài)磨性。單(dān)際國等利用cu與fe具(jù)有液(yè)相(xiàng)分離和(hé)母材(cái)與堆焊(hàn)材料的(de)冶金反應(yīng)特性(xìng)，采用激光熔覆制備了fe3si彌散分(fèn)布的(de)銅基(jī)合金(jīn)複合熔覆(fù)層。研(yán)究表(biǎo)明：激光熔(róng)覆過程(chéng)中，由母(mǔ)材熔(róng)化而進入熔(róng)池的fe元素與(yǔ)熔池(chí)中的cu合金(jīn)呈液相(xiàng)分離狀(zhuàng)态;進入溶池的(de)fe由于密度小而(ér)上浮，上浮(fú)過程(chéng)中與熔池中的(de)si反應生成fe3si，fe3si在激(jī)光熔覆層(céng)中呈(chéng)彌散(sàn)狀梯度分(fèn)布于(yú)α-cu基體(tǐ)中。

銅(tóng)基合(hé)金粉末(mò)

2、钛(tài)基

钛基熔覆材料主要用于改(gǎi)善基體金屬材(cái)料表面的(de)生物(wù)相容(róng)性、耐磨(mó)性(xìng)或耐(nài)蝕性(xìng)等。研(yán)究的钛基激光熔覆粉末(mò)材料(liào)主要是純ti粉、ti6al4v合(hé)金粉末(mò)以(yǐ)及(jí)ti-tio2、ti-tic、ti-wc、ti-si等(děng)钛基複合(hé)粉末(mò)。張松(sōng)等在(zài)氩氣(qì)氛環境(jìng)下，在ti6al4v合金表面激光熔(róng)覆ti-tic複合塗層，研究表(biǎo)明複(fú)合塗(tú)層中原(yuán)位自生(shēng)形成了(le)微小的tic顆粒(lì)，複合(hé)塗層(céng)具有優良的摩(mó)擦磨損性能。

钛(tài)基合金(jīn)粉(fěn)(tc)

3、鎂基(jī)

鎂基熔覆(fù)材料主要用于(yú)鎂合(hé)金表面的激(jī)光(guāng)熔覆(fù)，以提(tí)高鎂(měi)合金(jīn)表面的耐磨性(xìng)能和耐蝕(shí)性能(néng)。j.duttamajumdar等(děng)在普通(tōng)商用鎂合金上(shàng)熔覆鎂基(jī)mez粉末(mò)(成分：zn：0.5%，mn：0.1%，zr：0.1%，re：2%，mg：bal)。研究表明(míng)，熔覆層顯(xiǎn)微硬度由hv35提高到hv 85～100，并(bìng)且因為晶粒細(xì)化和金屬(shǔ)間化(huà)合物的重(zhòng)新分布，熔(róng)覆層在3.56wt%nacl溶(róng)液中的抗(kàng)腐蝕(shí)性能比基體鎂(měi)合金大大(dà)提高。

鎂基(jī)合(hé)金粉

4、鋁基

sorinignat等在(zài)we43和ze41兩種(zhǒng)鎂合(hé)金基體上(shàng)采用3kw的nd∶yag激(jī)光器(qì)側向送粉(fěn)熔覆(fù)鋁粉(fěn)，得(dé)到了結(jié)合性(xìng)能良好的(de)熔(róng)覆層。研(yán)究發現，塗層硬度值(zhí)達到(dào)hv0.05120～200，硬度(dù)提高的主(zhǔ)要原因是(shì)al3mg2和al12mg17金屬化合物(wù)的存(cún)在。zmei等(děng)在鎂(měi)基zk60/sic基(jī)體上激光(guāng)熔覆鋁(lǚ)基al-zn粉末(mò)，得到了冶(yě)金良(liáng)好的熔(róng)覆層。研(yán)究(jiū)表明，熔覆層(céng)腐蝕(shí)電(diàn)位比标準試(shì)樣電(diàn)位高(gāo)300mv，而腐(fǔ)蝕(shí)電流則(zé)至少低3個(gè)數量(liàng)級。

鋁(lǚ)基合金粉(fěn)末

5、锆基(jī)

在純钛(tài)基體(tǐ)上(shàng)激光熔(róng)覆锆基zralnicu合金粉末，并對(duì)塗(tú)層進(jìn)行了研究(jiū)分析。發現，塗層(céng)由具(jù)有高(gāo)比強、高硬(yìng)度的金屬(shǔ)間化合物與少量的(de)非晶相構成，具(jù)有較好的力學性能(néng);在zralnicu合(hé)金粉末中添加2wt%b和2.75wt%si，發(fā)現塗(tú)層(céng)中(zhōng)非晶(jīng)含量增加(jiā)，硬度(dù)升高(gāo)，兩種塗層(céng)的.高硬度分别(bié)達到hv909.6和hv1444.8。

锆基合(hé)金粉(fěn)

五(wǔ)、總結：

不(bú)同(tóng)熔(róng)覆(fù)材料的(de)特點、價格以及熔覆後的性能(néng)差别較大(dà)，實際使用(yòng)時(shí)可根據(jù)不同的加(jiā)工需(xū)求選(xuǎn)擇不同性(xìng)能的合金(jīn)粉末(mò)。通過(guò)激光将合(hé)金粉末熔覆在工件表面(激光(guāng)熔覆)，可以在廉(lián)價金屬基(jī)材上(shàng)制備(bèi)出(chū)高(gāo)性能(néng)的合(hé)金表面而(ér)不影響基體的(de)性質，有效降低生産成本(běn)，節約(yuē)貴重稀有金屬材料。與(yǔ)堆焊、熱(rè)噴塗(tú)、電(diàn)鍍等傳(chuán)統表面處理技術相(xiàng)比，激光熔覆具有(yǒu)稀釋度小、組(zǔ)織緻(zhì)密、塗(tú)層與基體結合(hé)好、适合熔(róng)覆材(cái)料多(duō)、粒度(dù)及含(hán)量變(biàn)化(huà)大、加工(gōng)質量高、可(kě)控性(xìng)好(可實現三維(wéi)自動加工)等優點。

目前主要應用于材料表面(miàn)改性(如液壓立(lì)柱、軋輥、齒輪、燃(rán)汽輪機葉片等(děng))，産品表面修複(fú)(如因(yīn)磨損而失效的轉子、模具(jù)、軸承(chéng)内(nèi)孔等)，修(xiū)複後的部件強度可達(dá)原強度(dù)的90%以上，且(qiě)修複(fú)費用(yòng)不到産品(pǐn)換新成(chéng)本的1/5，更(gèng)重要的是縮短(duǎn)了維修時間，有效解決了大型(xíng)企業重大(dà)成套(tào)設備(bèi)轉(zhuǎn)動部件(jiàn)快速搶修(xiū)難題(tí)。

此外(wài)，對關鍵部(bù)件表(biǎo)面通過激光熔(róng)覆耐磨抗(kàng)蝕合(hé)金，可以在零部件(jiàn)表面不(bú)變形的情(qíng)況下(xià)大大(dà)提高零部(bù)件的使用(yòng)壽命。對模(mó)具表面進(jìn)行激光熔覆處(chù)理，不僅提(tí)高模(mó)具強度(dù)，還可以降低(dī)2/3的制造成(chéng)本，縮短(duǎn)4/5的(de)制造(zào)周期。

總的來說(shuō)激光熔覆技術(shù)是一(yī)項具(jù)有高科技含量(liàng)的表(biǎo)面改性(xìng)技(jì)術與(yǔ)裝備維(wéi)修(xiū)技(jì)術(shù)，其研究(jiū)和發展具有重要的理(lǐ)論意(yì)義和(hé)經濟(jì)價值。

激光(guāng)熔覆(fù)材料是(shì)制約激(jī)光熔覆(fù)技(jì)術發(fā)展和應(yīng)用的主要因素。目前在(zài)研制激光熔覆(fù)材料方面(miàn)雖(suī)取(qǔ)得了一(yī)定(dìng)進展(zhǎn)，但與按照設計(jì)的熔(róng)覆(fù)件性能和應用要(yào)求定(dìng)量地(dì)設(shè)計(jì)合金(jīn)成分(fèn)還存在很長距(jù)離(lí)，激光熔(róng)覆材料遠未形成(chéng)系列化(huà)和标(biāo)準化，尚需(xū)要加大力度進(jìn)行深(shēn)入研究。