激光熔覆是一种表面改性技术,又叫激光熔敷或激光包覆,采用高能量激光作为热源,合金粉末作为焊材,通过激光与合金粉末同步作用于金属表面,快速熔化形成熔池,再快速凝固形成致密、均匀并且厚度可控的冶金结合层。可显著改善金属表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能。
与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比,激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点,因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。
激光熔覆是一个复杂的物理、化学冶金过程,激光参数的设置对熔覆层质量的影响较大。除此之外,合金粉末的选择也是重要的因素,主要分为自熔性合金粉末、复合粉末和陶瓷粉末。其中,自熔性合金粉末的研究与应用最多。
一、自熔性合金粉末
自熔性合金粉末可以分为铁基(Fe)、镍基(Ni)、钴基(Co)合金粉末,其主要特点是含有硼和硅,因而具有自脱氧和造渣性能;还含有较高的铬,因而具有优异的耐蚀性和抗氧化性。对碳钢、不锈钢、合金钢、铸钢等多种基材有较好的适应性,能获得氧化物含量低、气孔率小的熔覆层。
二、复合材料
复合材料主要是指碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等各种高熔点硬质陶瓷材料与金属混合或复合而形成的粉末体系,可分为(Co、Ni)/WC等系列。它将金属的强韧性、良好的工艺性和陶瓷材料优异的耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化特性有机结合起来,能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解,从而获得具有很高耐磨和硬度的涂层。
三、陶瓷材料
陶瓷材料主要包括硅化物陶瓷粉末和氧化物陶瓷粉末,其中,又以氧化物陶瓷粉末(氧化铝和氧化锆)为主。氧化锆比氧化铝陶瓷粉末具有更低的热导性和更好的热抗震性能,因而也常用于制备热障涂层。由于陶瓷粉末具有优异的耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化特性,所以它常被用于制备高温耐磨耐蚀涂层。
激光熔覆技术经过数十年的发展,已从实验室进入到实际工业应用中,并在冶金行业、煤炭行业、石油化工行业、交通运输、机械制造、模具行业、五金工具等行业得到了广泛的应用。
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