一、什么是激光熔覆

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達到表面改性或修復的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。

與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點，因此激光熔覆技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊。

二、激光熔覆工藝特點

1、激光熔覆層與基體為冶金結(jié)合，結(jié)合強度不低于原基體材料的95%;

2、對基材的熱影響較小，引起的變形也小;

3、材料范圍廣泛，如鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化物復合材料等，可滿足工件不同用途要求，兼顧心部性能與表面特性;

4、熔覆層及其界面組織致密，晶粒細小，無孔洞，無夾雜裂紋等缺陷;

5、可對局部磨損或損傷的大型設(shè)備貴重零部件、模具進行修復，延長使用壽命;

6、熔覆工藝可控性好，易實現(xiàn)自動化控制;

7、對損壞零部件，可實現(xiàn)高質(zhì)量、快速修復，減少因故障停機時間，降低設(shè)備維護成本。

三、激光熔覆的工藝原理

激光溶覆是利用高能激光束輻照，通過迅速熔化、擴展和凝固，在基材表面熔覆一層具有特殊物理、化學或力學性能的材料，構(gòu)成一種新的復合材料，以彌補基體所缺少的高性能。能充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，克服彼此的不足。

激光熔覆按熔覆材料的供給方式大概可分為兩大類，即預置式激光熔覆和同步式激光熔覆。

預置式激光熔覆是將熔覆材料事先置于基體材料表面的熔覆部位，然后采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉、絲、板的形式加入，其中粉末的形式最為常用。預置式激光熔覆的主要工藝流程為：基體材料熔覆表面預處理-預置熔覆材料-預熱-激光熔化-后熱處理。

 預置式激光熔覆

同步式激光熔覆則是將熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同時完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用線材或板材進行同步送料。同步式激光熔覆的主要工藝流程為：基體材料熔覆表面預處理-送料激光熔化-后熱處理。

同步式激光熔覆

四、激光熔覆與航空制造

1 、激光熔覆成形用于零件制造

激光熔覆成形技術(shù)在無需任何硬質(zhì)模具或模型的情況下，能快速制備出不同材料的復雜形狀的金屬零件，該技術(shù)突破了常規(guī)的機械制造概念，能夠制造出形狀任意的復雜金屬實體零件，對零件形狀復雜程度的適應(yīng)性非常強，為復雜零件的制造提供了一條有效途徑。

航空航天工業(yè)正快速地采用較新的合金如Ti-6Al-4V，來制造高強度/重量比率、耐熱、耐疲勞和耐腐蝕的零件。但在這些新型合金的加工上，傳統(tǒng)工藝方法有許多難以克服的缺點，如生產(chǎn)隔板是用數(shù)英寸厚數(shù)千磅重的齒形合金板加工，得到這些合金板的時間要一年或一年以上。因為難以加工，加工這種零件需要花費昂貴的加工中心數(shù)百小時，磨損大量的刀具。而激光熔覆成形技術(shù)則在這方面具有較大優(yōu)勢，可以降低庫存和減少制造時間。

2、 激光熔覆成形用于零件修復

激光熔覆成形技術(shù)對當前的修復工藝產(chǎn)生直接的影響，其優(yōu)點包括工藝自動化、低的熱應(yīng)力和變形等等。由于人們期望對飛機的壽命不斷延長，需要更加復雜的修復和檢修工藝。渦輪機齒片、葉輪和轉(zhuǎn)動空氣密封墊等零件正是通過更新可以延長已有結(jié)構(gòu)壽命的零件，其中一些零件可以通過表面硬化得到修復，然而許多其他零件需要更為復雜的修復工藝，并且由難加工的材料制成。激光熔覆修復工藝能應(yīng)用于大范圍的材料而不降低母材性能，比起零件或工具的置換節(jié)約75%以上的成本。例如用激光熔覆技術(shù)修復裂紋，由于非穿透性裂紋通常發(fā)生在非薄壁零件，其深度無法直接測量，其他修復技術(shù)無法發(fā)揮作用。此時采用激光熔覆技術(shù)，視情況多次打磨和探傷將裂紋逐步清除，打磨后的溝槽用激光粉末多層熔覆工藝填平，即可重建損傷結(jié)構(gòu)，恢復其性能。

激光熔覆修復齒輪表面

3、 激光熔覆技術(shù)用于航空材料的表面改性

采用激光法制備陶瓷涂層，可在金屬表面預先進行陶瓷涂敷，然后再進行激光處理，使得涂層組織更加細密。也可以直接進行激光涂層：先噴涂過渡層（如NiCr、NiAl、NiCrAl、Mo等）材料，再用脈沖激光涂敷陶瓷材料，使過濾層中Ni、Cr合金與陶瓷中Al2O3、ZrO2附在基體表面，形成多孔特性，使基體中的金屬分子也能擴散到陶瓷中，進而改善涂層的結(jié)構(gòu)與性能。

隨著航空燃氣渦輪機向高流量比、高推重比、高進口溫度方向發(fā)展，燃燒室中的燃氣溫度和壓力不斷提高。陶瓷熱障涂層用于燃氣輪機的高溫合金表面，起到隔熱作用，可降低金屬表面溫度，提高燃氣溫度，從而提高燃氣輪機效率，延長其使用壽命。利用大功率激光器直接輻射陶瓷或金屬粉末，將其熔化后在金屬基體上快速凝固形成涂層，陶瓷與金屬基體為冶金結(jié)合，得到垂直于表面的柱狀組織，形成性能良好的熱障涂層。