激光熔覆修復技術

激光熔覆修復技術是一種材料表面改性技術。它是利用激光高功率密度光束，由激光加工系統在數控控制下，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，使它們以熔融狀態均勻地鋪展在零件表層并達到預定厚度，與微熔的基體金屬材料形成良好的冶金結合，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置法和同步送粉法。預置法顧名思義就是預先將要涂層的材料通過噴涂或粘結等方式放置在預處理過的基材表面，然后通過激光束輻射進行重熔后再做適當的熱處理；同步送粉則是在預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熔池上，涂層一次性成型。同步送粉是激光熔覆技術的發展趨勢，可以充分利用激光能量，控制工藝參數，提高生產效率和覆層質量。但是同步送粉對粉末的顆粒粒度、流動性等方面也有要求，需要根據具體情況而定。

激光熔覆材料及特性

在激光熔覆的研究中，材料研究是一個重要方向，重在研究各種添加材料與實際應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，常用于石化和冶金領域。

4.陶瓷材料在高溫下有較高的強度，熱穩定性好，化學穩定性高，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磨損、沖擊磨損和磨粒磨損嚴重的情況下會無法滿足使用工況的要求。因此，金屬涂層與陶瓷涂層的復合使用成為研究熱點，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。

與其他傳統表面處理技術相比，激光熔覆具有其特性和優勢：

1.冷卻速度快（高達10^6℃/s），屬于快速凝固過程，容易得到細晶組織或產生平衡態所無法得到的新相，如非穩相、非晶態等；

2.涂層稀釋率小于5%，與基體呈牢固的冶金結合或界面擴散結合，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；

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

4.粉末選擇幾乎沒有任何限制，可以在低熔點金屬表面熔敷高熔點合金；

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；

6.工藝過程采用數控控制，無接觸處理，自動化操作，方便、靈活，可控性強。

激光熔覆在工業中的典型應用

激光熔覆這種修復與再制造的工藝，一是強化功能，可以通過熔覆層增強基材性能；二是修復功能，主要體現在修復材料表面的孔洞和裂紋，恢復已磨損零件的幾何尺寸和性能，對幾乎整個機械制造業有著非常大的應用價值。

在石礦、化工、冶金、電力、水泥等機械設備行業中，燃機轉子軸頸和葉片、軋輥軸頸、鋼廠的牌坊等會隨著使用時間而老化損壞。這些零部件由于長期承受著燃氣高溫高壓以及腐蝕介質，加上體積負荷引起的機械應力作用，損傷多數發生在表面或表面開始，而失效模式主要是內部金屬零部件的碎裂和開裂、磨損或腐蝕嚴重至局部剝落。因此應用激光熔覆技術強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對受損部位進行補救。

汽輪機轉子修復

對于燃氣輪機和蒸汽輪機來說，失效部位常發生在熱端部件，如轉子、葉片和噴嘴。其發生在葉片根部的斷裂是不可修復型，而發生在葉片頂端面或根部的損傷便可通過修復后實現再利用。再者，用于發電機組的葉片往往造價極高，將修復后的葉片重裝再利用，將大大地降低電廠的發電成本。

排粉風機葉片磨損修復

電機轉子軸勁激光熔覆

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

總之，不論是零件在服役前的表面強化，還是服役后發生故障進行修復，其傳統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。隨著加工技術的不斷升級和改進，激光移動再制造技術（激光熔覆）逐漸得到廣泛應用。

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