一. 激光熔覆

激光熔覆是指在熔覆基體表面以不同方式添加激光熔覆材料，利用激光束作為熱源，將熔覆材料熔化凝固到基體表面，制備與基體形成冶金結(jié)合的表面涂層，從而實(shí)現(xiàn)材料表面改性和產(chǎn)品表面修復(fù)的過(guò)程。激光熔覆技術(shù)可以在廉價(jià)的金屬基體表面制備高性能的涂層，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，得到了廣泛的關(guān)注和研究，發(fā)展迅速。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備和重要零件的表面強(qiáng)化和損傷修復(fù)。

與傳統(tǒng)表面處理技術(shù)相比，激光熔覆制備的涂層組織均勻致密，晶粒細(xì)小，熱輸入小，稀釋率低，具有良好的應(yīng)用前景，但也存在一些問(wèn)題。傳統(tǒng)激光熔覆的稀釋率往往在10%以上，熔覆層需要達(dá)到一定的厚度才能有效達(dá)到防護(hù)效果，且表面粗糙度較高，需要經(jīng)過(guò)后續(xù)的車(chē)削和磨削才能投入使用，造成材料的浪費(fèi)。在激光熔覆過(guò)程中，激光能量主要作用于基體表面的熔池，增加了激光能量對(duì)基體的熱輸入，可能導(dǎo)致較大的應(yīng)力和裂紋。同時(shí)，傳統(tǒng)激光熔覆在大面積熔覆中的生產(chǎn)效率較低，極大地制約了激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用和推廣。

二.高速激光熔覆

高速激光熔覆技術(shù)采用同軸送粉方式控制粉末在熔池上方的激光束會(huì)聚，使大部分激光能量直接作用在激光粉末上，熔覆粉末在到達(dá)熔池前處于熔化或半熔化狀態(tài)，從而減少粉末在熔池中存在的時(shí)間，減少對(duì)基體的熱輸入，大大提高熔覆效率和粉末利用率。

其特殊的模塊化設(shè)計(jì)大大降低了使用成本，使磨損零件的更換變得極其簡(jiǎn)單，同時(shí)保證了工藝的可重復(fù)性。噴嘴尺寸也可以根據(jù)維護(hù)位置靈活調(diào)整。新研發(fā)的超高速激光熔覆加工頭，通過(guò)特殊光路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了光與粉末在空間的理想相互作用，使粉末熔化更穩(wěn)定，能量利用更高效。涂層的表面粗糙度更低，表面更光滑。

現(xiàn)在，高速激光熔覆技術(shù)已經(jīng)得到了市場(chǎng)的高度認(rèn)可，高速激光熔覆取代普通激光熔覆將成為行業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。然而，激光熔覆是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。為了幫助廣大高速激光熔覆用戶(hù)快速掌握工藝，郭盛激光在此將高速激光熔覆工藝的知識(shí)點(diǎn)以及各種工藝問(wèn)題產(chǎn)生的原因總結(jié)如下:

1.高速激光熔覆的工作原理

高速激光熔覆是利用高能激光束熔化空氣中的金屬粉末，同時(shí)熔化基體形成熔池。熔化的粉末與熔化的基體結(jié)合后，迅速冷卻形成冶金結(jié)合的涂層。

2.高速激光熔覆工藝的關(guān)鍵參數(shù)及其對(duì)熔覆效果的影響

(1) 激光功率

功率直接影響單位時(shí)間內(nèi)可熔化的粉末量和包覆效率。在其他工作參數(shù)確定的情況下，過(guò)低的功率可能導(dǎo)致粉末熔化不完全，打磨拋光后產(chǎn)生麻點(diǎn)，結(jié)合力不足，涂層硬度低;如果功率過(guò)大，有可能是熔溝熔化過(guò)度，導(dǎo)致表面出現(xiàn)斜向褶皺。

(2) 粉末進(jìn)料量

當(dāng)粉末遇到激光時(shí)，它會(huì)吸收激光能量。粉末量越大，吸收的激光能量就越多。粉末量太大，激光能量會(huì)不足，涂層熔不透，打磨拋光后出現(xiàn)麻點(diǎn)，基體熔化不掉，涂層與基體不能實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，導(dǎo)致涂層剝落。粉末量大，粉末利用率低;粉末用量少，粉末利用率高。

(3) 線(xiàn)速度

線(xiàn)速度越大，包層越薄，線(xiàn)速度越小，包層越厚。線(xiàn)速度過(guò)高，基體不會(huì)形成熔池，涂層與基體沒(méi)有冶金結(jié)合，熔溝冷卻慢，紅尾過(guò)長(zhǎng)，出現(xiàn)剝落。線(xiàn)速度可以提高涂層硬度和粉末利用率。

(4) 循序漸進(jìn)

臺(tái)階越小，研磨比越大，涂層表面越精細(xì)。臺(tái)階越大，搭接率越小，涂層條紋越明顯。步進(jìn)會(huì)影響稀釋率。步進(jìn)小時(shí)，照射在基板上的激光能量小，稀釋率低。當(dāng)臺(tái)階大時(shí)，照射在基板上的激光能量大，稀釋率高。

(5) 空氣輸送率

氣體有兩個(gè)作用，一是輸送粉末，二是保護(hù)高溫涂層，防止氧化。送粉量太小，容易堵粉;送粉風(fēng)量過(guò)大，送粉速度過(guò)快，噴出量大，粉末利用率低。一般來(lái)說(shuō)，氬氣比氮?dú)饩哂懈玫谋Ｗo(hù)和更高的涂層質(zhì)量。

(6) 噴嘴的高度

噴嘴太高，粉末發(fā)散大，粉末利用率低;如果太低，熔覆時(shí)噴嘴容易粘粉。

3.高速激光熔覆過(guò)程中存在的問(wèn)題及原因分析。

(1) 剝皮

這是因?yàn)榛w沒(méi)有形成熔池，粉末與基體之間沒(méi)有冶金結(jié)合。可能的原因有:電量低;粉太多;線(xiàn)速度太快;工件表面有油污或電鍍層。

(2) 裂縫

涂層產(chǎn)生裂紋的原因有:基體硬度過(guò)高(淬火、滲碳/氮);基體具有疲勞層;粉末的硬度太高。鎳基粉末容易開(kāi)裂;高硬度粉末多層熔覆時(shí)也會(huì)出現(xiàn)裂紋。

(3) 氣孔

涂層中產(chǎn)生氣孔的原因是:基體上的鐵銹和油污;粉末中有雜質(zhì);粉末流動(dòng)不穩(wěn)定;粉太多;動(dòng)力不足;或者線(xiàn)速度過(guò)大等。

(4) 浮粉多，涂層無(wú)金屬光澤

可能的原因有:粉太多;功率太低;線(xiàn)速度太快;噴嘴高度太高;激光光斑太小;鏡頭污染等。

(5) 打磨拋光后出現(xiàn)麻點(diǎn)

可能的原因有:動(dòng)力不足;粉太多;線(xiàn)速度過(guò)快等。

(6) 涂層中出現(xiàn)斜皺紋

可能的原因有:權(quán)力過(guò)大;熔池溫度過(guò)高;粉末過(guò)度液化。

(7) 將粉末粘在噴嘴上

可能的原因有:噴粉量過(guò)高;銅頭溫度過(guò)高;噴嘴工作距離太低，噴嘴表面太粗糙或被污染(建議拋光處理)。包覆頭偏心放置，有利于減少粘粉現(xiàn)象。

(8) 堵粉

可能的原因有:粘粉未及時(shí)清除;粉末流動(dòng)性差;粉末中有雜質(zhì)或粉末潮濕(需烘干)等。多種方式給粉時(shí)，給粉不均是堵粉的重要原因。

(9) 包覆時(shí)有咝咝聲

可能的原因有:粉末被污染;濕粉;基質(zhì)不干凈等。功率過(guò)大還會(huì)導(dǎo)致熔池金屬氣化，產(chǎn)生包殼噪聲。這些問(wèn)題會(huì)影響涂層的耐腐蝕性。

(10) 覆層火花飛濺

可能的原因有:線(xiàn)速度過(guò)大;功率密度過(guò)大;功率和粉末數(shù)量不匹配;氣體流量過(guò)大等。

(11) 粉末流動(dòng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致涂層不均勻

粉末流量不穩(wěn)定的原因有:刮刀磨損嚴(yán)重;送粉通道堵塞;氣流太小;送粉器密封圈密封不良或送粉管損壞導(dǎo)致漏氣。

(12) 包覆效率降低(涂層厚度變薄)

可能原因:防護(hù)鏡污染;刮刀磨損;工作距離不合適;出粉孔磨大，粉末流變性粗糙;激光功率下降等。

審核編輯 黃昊宇