激光熔覆的工艺设备原理

熔覆工艺：激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。

预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。

同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。

预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。

同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。

按工艺流程，与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。

激光器工作原理：

激光熔覆成套设备组成：激光器、冷却机组、送粉机构、加工工作台等。

激光器的选用：应用广泛的有CO2激光器，固体激光器。

CO2激光器是应用最广、种类最多的一种激光器，在汽车工业、钢铁工业、造船工业、航空及宇航业、电机工业、机械工业、冶金工业、金属加工等领域广泛应用。约占全球工业激光器销售额40%，北美更高达70%。

1.功率高。CO2激光器是目前输出功率达到最高级区的激光器之一，其最大连续输出功率可达几十万瓦

2.效率高。光电转换率可达30%以上，比其它加工用激光器的效率高得多。

3.光束质量高。模式好，相干性好，线宽窄，工作稳定。

传统的固体激光器通常采用高功率气体放电灯泵浦，其泵浦效率约为3%到6%。泵浦灯发射出的大量能量转化为热能，不仅造成固体激光器需采用笨重的冷却系统，而且大量热能会造成工作物质不可消除的热透镜效应，使光束质量变差。加之泵浦灯的寿命约为400小时， *** 作人员需花很多时间频繁地换灯，中断系统工作，使自动化生产线的效率大大降低。与传统灯泵浦激光器比较，固体激光器(光纤激光器、碟片激光器、二极管激光器）具有以下优点：

(1) 转换效率高：由于半导体激光的发射波长与固体激光工作物质的吸收峰相吻合， 加之泵浦光模式可以很好地与激光振荡模式相匹配，从而光光转换效率很高，已达50%以上，整机效率也可以与二氧化碳激光器相当，比灯泵固体激光器高出一个量级，因而二极管泵浦激光器体积小、重量轻，结构紧凑。

(2) 性能可靠、寿命长：激光二极管的寿命大大长于闪光灯，达 15000小时，泵浦光的能量稳定性好，比闪光灯泵浦优一个数量级，性能可靠，为全固化器件，是至今为止唯一无需维护的激光器，尤其适用于大规模生产线。

(3) 输出光束质量好：由于二极管泵浦激光的高转换效率，减少了激光工作物质的热透镜效应， 大 大改善了激光器的输出光束质量，激光光束质量已接近极限。

（4）速度快、深度大、无变形、熔覆层无夹渣、熔池细腻无气孔。

（5）可以在室温或者特殊的条件下进行工作，比如激光经过磁场之后光束不会发生偏转吗，在真空情况下都能够进行使用，通过玻璃和透明的材料进行熔覆。

（6）可进行薄壁激光熔覆，基体无变形。

但如果熔覆的材料，包括粉末和母材，为高反射材料，则光纤激光器、二极管激光器由于其自身设计的特点，就显得不太适合了，而碟片激光器则比较适合焊接（包括熔覆）、切割反射率比较高的材料。

激光熔覆技术是指将选定的涂层材料以不同的包装方式放置在涂层基材表面，并在快速凝固后，通过激光照射同时在基材表面与薄层熔化，形成了与基体材料具有极低稀释度和冶金结合的表面涂层，从而显著提高了耐磨性，耐腐蚀性，耐热性，基体材料表面的抗氧化性和电特性。

激光熔覆技术是一项具有较高经济效益的新技术。它可以在廉价的金属基材上生产高性能合金表面，而不会影响基材的性能并降低成本，节省贵重和稀有的金属材料，应用于激光熔覆的激光器主要包括CO2 激光器和固态激光器，主要包括圆盘激光器，光纤激光器和二极管激光器。激光融合按不同的送粉工艺可分为两种类型：

送粉法和同步送粉法，两种方法的效果相似，同步送粉方法具有自动化控制简单，激光能量吸收率高，无内部气孔，尤其是覆层金属陶瓷，能显著提高覆层的抗裂性、这样硬质陶瓷相可以均匀分布在包层和其他优点。冷却速度快 （高达 106 K／s），属于快速凝固过程，并且容易获得精细的晶体结构或产生平衡状态无法获得的新相，如不稳定相和非晶态。

涂层的稀释率低 （通常小于 5％），并且与基材具有牢固的冶金结合或界面扩散结合。通过激光工艺参数的调整，可以得到具有低稀释率的良好涂层，涂层组成和稀释是可控的。在激光熔覆过程中，涂层材料完全熔化，而基体熔化层非常薄，因此对熔覆层的组成几乎没有影响，但是，激光合金化是将合金元素添加到基材表面的熔融层中，以基于基材形成新的合金层，个人以上的问题，基本上就是这样了。

激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、 抗氧化及电器特性等的工艺方法。

激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术，它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，降低成本，节约贵重稀有金属材料。应用于激光熔覆的激光器主要有CO2激光器和固体激光器（主要包括碟片激光器，光纤激光器和二极管激光器，老式灯泵浦激光器由于光电转化效率低，维护繁琐等问题已逐渐淡出市场）。对于连续CO2激光熔覆，国内外学者已做了大量研究.高功率固体激光器的研制发展迅速，主要用于有色合金表面改性。

激光熔覆技术是—种涉及光、机、电、计算机、材料、物理、化学等多门学科的跨学科高新技术。它由上个世纪60年代提出，并于1976年诞生了第一项论述高能激光熔覆的专利。进入80年代，激光熔覆技术得到了迅速的发展，结合CAD技术兴起的快速原型加工技术，为激光熔覆技术又添了新的活力。

已成功开展了在不锈钢、模具钢、可锻铸铁、灰口铸铁、铜合金、钛合金、铝合金及特殊合金表面钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。激光熔覆铁基合金粉末适用于要求局部耐磨而且容易变形的零件。镍基合金粉末适用于要求局部耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件。钴基合金粉末适用于要求耐磨、耐蚀及抗热疲劳的零件。陶瓷涂层在高温下有较高的强度，热稳定性好，化学稳定性高，适用于要求耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性的零件。