激光熔覆金属表面改性研究进展_下_
浅谈激光表面熔覆技术
激光表面熔覆技术用于制备高强度、耐磨、耐腐蚀的金属材料。 通过激光熔覆技术制备出具有优异性能的非金属材料如陶瓷、玻璃等。 激光表面熔覆技术应用于制备复合材料实现多种材料的结合提高材料的综合性能。 激光表面熔覆技术制备的材料在航空航天、汽车、能源等领域得到广泛应用。
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汇报人：
CONTENTS
PRT ONE
PRT TWO
激光表面熔覆技 术是一种利用高 能激光束将合金 粉末熔覆在基材 表面形成具有优 异性能的涂层的 工艺方法。
激光表面熔覆技术 通过快速熔化和凝 固过程使合金粉末 与基材表面形成冶 金结合具有较高的 结合强度和耐腐蚀 性。
激光表面熔覆技术 可以应用于各种金 属材料和复合材料 的表面改性提高材 料的耐磨性、耐腐 蚀性和高温性能等 方面的性能。
汇报人：
在汽车制造领域激光表面熔覆技术可以用于发动机缸体、曲轴等关键部件的表面强化提高其 耐磨性和耐久性。
激光表面熔覆技术在金属表面修复方面的应用能够快速、高效地修复损坏的零件提高其使用 寿命。
通过激光表面熔覆技术可以在零件表面添加耐磨、耐腐蚀等性能提高其表面质量延长使用寿 命。
在汽车制造领域激光表面熔覆技术可用于发动机缸体、曲轴等关键零件的表面强化提高其耐 磨性和耐久性。
促进工业创新：激光表面熔覆技术的出现为工业制造提供了新的解决方案有助于推动工业创 新。
提升产品质量：激光表面熔覆技术能够实现高精度、高质量的表面熔覆高能源利用效率促进能源转 型
推动相关产业的发展创造更多 就业机会
提升社会经济效益促进社会可 持续发展
送粉速度：控制熔覆层的填充 程度和高度
激光熔覆技术研究现状及其发展
激光熔覆技术研究现状及其发展一、本文概述激光熔覆技术，作为一种先进的表面处理技术，近年来在材料科学、机械制造、航空航天等领域引起了广泛关注。
本文旨在全面综述激光熔覆技术的研究现状及其发展趋势，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考。
文章首先将对激光熔覆技术的基本原理、特点及其应用领域进行简要介绍，然后重点分析当前激光熔覆技术的研究热点和难点，包括材料选择、工艺优化、性能评估等方面。
在此基础上，文章将探讨激光熔覆技术的发展趋势和未来展望，包括新材料、新工艺、新技术的应用以及环境友好型、智能化、高效化的发展趋势。
通过本文的综述，读者可以对激光熔覆技术的最新研究成果和发展动态有一个全面而深入的了解，为相关领域的研究和实践提供有益的借鉴和指导。
二、激光熔覆技术的研究现状激光熔覆技术自问世以来，就凭借其独特的优势在材料科学与工程领域引起了广泛的关注和研究。
该技术以其高精度、高能量密度和快速加热冷却过程等特点，使得在材料表面实现高质量、高性能的熔覆层成为可能。
随着科技的不断发展，激光熔覆技术的研究现状呈现出以下几个主要特点。
在材料选择方面，激光熔覆技术已经不仅仅局限于金属材料的熔覆。
近年来，陶瓷、高分子材料甚至复合材料的激光熔覆也开始得到研究，这极大地扩展了激光熔覆技术的应用范围。
同时，对于金属材料的熔覆，也逐步实现了多元化，涵盖了铁基、镍基、钴基等多种合金材料。
在熔覆过程控制方面，研究者们通过引入数值模拟、智能控制等技术手段，实现了对激光熔覆过程更为精准的控制。
这包括对激光功率、扫描速度、送粉速度等关键参数的优化，以及对熔池温度、形貌的实时监控和调控。
这些技术的发展，使得激光熔覆的质量稳定性和重复性得到了显著提升。
再次，在熔覆层性能提升方面，研究者们通过设计合理的熔覆层结构和成分，实现了对熔覆层硬度、耐磨性、耐腐蚀性等多种性能的提升。
同时，还通过引入纳米颗粒、增强相等手段，进一步优化了熔覆层的显微组织和性能。
浅谈激光熔覆技术研究进展
浅谈激光熔覆技术研究进展一、本文概述激光熔覆技术，作为一种先进的表面工程技术，自其诞生以来，就因其在材料改性、表面强化和零件修复等方面的独特优势，受到了广泛的关注和研究。
该技术利用高能激光束将涂层材料快速熔化并与基材形成冶金结合，从而实现对基材表面的强化和改性。
随着科学技术的不断发展，激光熔覆技术在基础理论、材料体系、工艺技术和应用领域等方面都取得了显著的进展。
本文旨在全面概述激光熔覆技术的研究进展，通过梳理国内外相关文献和研究成果，分析激光熔覆技术的最新发展动态和趋势。
文章将首先介绍激光熔覆技术的基本原理和特点，然后重点讨论激光熔覆材料的研究现状，包括涂层材料的种类、性能要求及制备方法。
接着，文章将探讨激光熔覆工艺技术的优化与创新，包括激光参数、送粉方式、预热处理等因素对熔覆层质量的影响。
文章将展望激光熔覆技术在不同领域的应用前景，尤其是在航空航天、汽车制造、生物医学等领域的应用潜力。
通过本文的阐述，希望能够为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考，推动激光熔覆技术的进一步发展和应用。
二、激光熔覆技术原理及特点激光熔覆技术是一种先进的表面工程技术，它利用高能激光束对基材表面进行快速加热，使预置的涂层材料在基材表面熔化并与基材形成冶金结合。
这种技术结合了激光技术和冶金技术的优点，能够在短时间内实现材料的快速熔化和凝固，从而改善基材的表面性能。
激光熔覆技术的原理主要包括激光与物质的相互作用、涂层材料的熔化和铺展、以及熔池的形成与凝固等过程。
在激光束的作用下，涂层材料迅速熔化，并与基材表面形成熔池。
随着激光束的移动，熔池逐渐铺展并填充基材表面的缺陷和不平整处。
随后，熔池迅速冷却并凝固，形成与基材牢固结合的涂层。
激光熔覆技术具有许多显著的特点。
激光束的能量密度高，加热速度快，能够实现涂层材料的快速熔化和凝固，减少热影响区和热变形。
激光熔覆技术能够实现精确控制，通过调整激光功率、扫描速度和涂层材料的成分等参数，可以制备出具有不同性能和功能的涂层。
激光熔覆技术综述
激光熔覆技术综述作者：赵月红赵新红来源：《速读·中旬》2021年第10期◆摘要：激光熔覆主要是通过改进表面性能，如强度、导电性、抗磨性与抗蚀性等，使材料通过激光熔覆技术获得基材所缺少的优异性能，从而使材料的应用更深、更广。
激光熔覆是一种新兴的表面改性技术，论述了激光熔覆技术及其发展过程，从基体材料和熔覆材料两方面研究了激光熔覆技术的研究现状。
◆关键词：激光熔覆;熔覆层;基体激光熔覆是指在基材表面熔覆一层复合涂层，对基体材料表面性质进行改善的新技术，利用的是激光的高能量使熔覆粉末与基体之间形成冶金结合达到性能要求，熔覆后的表面涂层性能可以根据性能要求利用不同的熔覆粉末，最终达到力学性能与物理性能的改进。
激光熔覆具有稀释度低、组织致密性好、涂层与基体达到冶金结合等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。
利用激光熔覆制造新型材料，已成为近年来的研究热点。
一、激光熔覆技术的发展过程激光熔覆技术的发展经历了近半个世纪，早期激光熔覆技术主要集中在激光熔覆特性、不同材料与基体组合的激光熔覆工艺及参数、激光熔覆层的微光组织结构和金相分析、激光熔覆层的性能、熔覆层缺陷以及激光熔覆应用等方面研究;现代激光熔覆主要集中在激光熔覆基础理论和模型，激光熔覆高性能送粉和喷嘴，用激光熔覆制备新材料，基于激光熔覆的快速成形与制造技术等领域的研究。
我国对激光熔覆技术的研究始于上世纪90年代初期，研究方法不断改进并得到了很大的提高，主要进行的研究方向如下：1.激光工艺参数对熔覆层性能的影响。
2.激光熔覆过程中添加稀土氧化物对涂层组织性能的影响。
3.激光熔覆陶瓷颗粒相增强熔覆层强度。
二、激光熔覆技术的研究现状激光熔覆技术在诸多的材料如钛合金、合金钢、模具钢以及各种有色金属等材料有了广泛的应用。
激光熔覆材料是用于制备涂层的，并制约涂层特性。
材料的改变将直接影响涂层的使用性能，因此熔覆层材料的开发始终是研究的重点。
现在激光熔覆材料主要有自溶性合金粉末、复合粉末和陶瓷粉末。
镁合金材料激光表面改性技术的研究进展
镁合金具有优异的特性，因而在很多 领域得到了应用，但其不耐磨及不耐腐蚀限制了镁合金的应用。
通过对镁合金材料 进行激光表面改性处理，进而提高镁合金 的耐腐蚀、耐磨等性能。
本文对激光表面 改性技术（激光表面重熔、激光表面合金 化、激光表面熔敷）进行了分析，并展望了激光表面改性技术的应用前景。
1前言镁合金具有质量轻、密度低（大约1.8g /m O、比强度高、良好的导热性等优异的特性，在汽车和航空航天、电子等领域中 广泛的应用。
但镁合金具有较低的腐蚀电位 (E =-2.3?V )，很容易氧化和发生电化学 腐蚀，膜的防护腦。
再者合金中杂质元素会对其造成严重的腐蚀。
而采用激 光表面改性技术是解决镁合金腐蚀问题的一 种錢胤利用激絲面改性财可以在 基体表面形成一定厚度的处理定程度 上提高材料的耐腐蚀性、耐雜和氧化性而m易于实现自动化，將优点。
2镁合金激光表面改性涂层处理技术2.1漱光表面重熔激光表面重熔是在不加其它元素的基 础上利用激光将一雜度的表层融化，之后 借助基体自身的冷却和传热过程使溶池快速 凝固，进猶善材料表面组织性能，提高材 料表麵雜和耐腐蚀性。
通遞絲面重 溶得到的硬化层组织较细，偏析减少、有非 平衡相生成等。
J 6 zef Iwaszko *⑴用 5.5 kW 的 cw -(：02激舰泣91齡鎌行表面魏所用 激^3描速率为33.3 imn /s ~53.3 mm /s ,激光直径为23 mm ，焦距为250 mm ,重熔过程中采用氩皱行脱廻后检测发现挪 区的綱和臟有显著的变化，難区的晶 粒明显变小，表层硬度要比没处理的高，并 且增加激光能童与插速度时材_度在降 低。
M .Strzeleck ^pl 用氩弧焊，氣气纯度为99.995%对AZ 91镁合■行表面重熔。
财实验发现重培区镁合金的硬度从基体的平均 硬度58HV 0.05提高到93HV 0.05;摩擦系数 从0.375下降到0.335;腐蚀电流密度从29pA /cm *T 降到到4.9jxA /cm 2。
金属表面处理的最新技术与研究进展
金属表面处理的最新技术与研究进展金属表面处理技术在现代制造业中占据着重要的地位，它直接影响着金属产品的质量、性能及使用寿命。
本文将重点介绍金属表面处理的最新技术和研究进展，探讨如何通过技术创新来满足不断变化的市场需求。
1. 电镀技术电镀技术是一种用于在金属表面沉积一层均匀、致密的金属或合金层的方法，广泛应用于装饰、防腐、导电等领域。
近年来，随着环保要求的不断提高，无铬电镀和低铬电镀技术得到了广泛的研究和应用。
此外，纳米电镀技术也在不断发展，通过控制电镀过程中的晶粒大小，可以在金属表面制备出具有特殊性能的纳米结构层。
2. 涂层技术涂层技术是在金属表面施加一层或多层涂层，以提高金属的耐磨性、耐腐蚀性、耐候性等性能。
目前，溶胶-凝胶涂层技术、等离子体喷涂技术和激光熔覆技术等新型涂层技术得到了广泛关注。
这些技术在涂层制备过程中具有较好的可控性，能够在金属表面形成均匀、致密的涂层，从而提高金属的性能。
3. 表面改性技术表面改性技术是通过改变金属表面的化学成分或微观结构，从而提高金属的性能。
近年来，离子注入技术、电子束蒸发技术和化学气相沉积技术等表面改性技术得到了广泛的研究和应用。
这些技术可以在金属表面制备出具有特殊性能的层，如超硬层、耐磨层、抗氧化层等。
4. 纳米技术纳米技术在金属表面处理领域也取得了显著的成果。
纳米涂层、纳米复合涂层和纳米结构表面等新型纳米表面处理技术在提高金属的性能方面具有明显优势。
例如，纳米涂层具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和自清洁性能；纳米复合涂层具有较高的硬度和耐磨性；纳米结构表面可以改变金属的摩擦学性能和抗疲劳性能。
5. 绿色表面处理技术随着环保意识的不断提高，绿色表面处理技术得到了广泛关注。
绿色表面处理技术主要包括无污染或低污染的表面处理方法，如生物表面处理技术、植物提取剂表面处理技术和光催化表面处理技术等。
这些技术具有环保、高效、安全等优点，有望在未来金属表面处理领域发挥重要作用。
激光熔覆发展历史_概述说明以及解释
激光熔覆发展历史概述说明以及解释1. 引言1.1 概述激光熔覆技术作为一种先进的表面改性技术，已经在诸多工业领域得到广泛应用。
该技术通过利用高能量密度激光束对材料表面进行加热，使其部分或全部熔化，并在冷却过程中形成新的涂层或合金结构。
激光熔覆技术具有高效、精确和可控的特点，可以实现对材料进行修复、加固和改良。
随着科学技术的发展和需求的不断增长，激光熔覆技术也取得了显著的进展。
1.2 文章结构本文将首先介绍激光熔覆发展历史，包括其起源和早期应用、技术演进与改进以及应用领域拓展。
然后，将详细解析激光熔覆的工作原理与机制，包括基本过程、热传导与材料相变行为以及激光参数对熔覆效果的影响。
接下来，将从实际案例出发，介绍激光熔覆技术在工业上的应用，包括金属材料表面修复与加固、复合材料涂层的制备与性能优化以及特殊应用领域中的激光熔覆技术案例。
最后，本文将总结激光熔覆发展历史和应用情况，并展望该技术的未来发展方向，同时对其进行评价和提出建议。
1.3 目的本文的目的是通过全面系统地介绍激光熔覆技术的发展历史、工作原理与机制以及在工业中的应用案例，旨在增强读者对该技术的了解和认识。
通过这篇文章，读者将能够掌握激光熔覆技术的基本知识，并了解该技术在金属表面修复、复合材料涂层制备等方面的广泛应用。
同时，读者还将有助于估计激光熔覆技术未来可能取得的进一步发展和突破。
Overall, this article aims to provide a comprehensive overview of the development history, working principles and mechanisms, as well as industrial applications of laser cladding technology.2. 激光熔覆发展历史2.1 起源和早期应用激光熔覆作为一种表面修复和涂层制备技术，起源于20世纪60年代。
316L不锈钢表面激光熔覆Ni60合金涂层的工艺优化与性能研究
316L不锈钢表面激光熔覆Ni60合金涂层的工艺优化与性能研究目录一、内容描述 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究意义 (3)1.3 国内外研究现状及发展动态 (5)二、实验材料与方法 (6)2.1 实验材料 (7)2.2 实验设备 (8)2.3 实验方法 (9)三、激光熔覆Ni60合金涂层的组织结构与性能分析 (10)3.1 组织结构分析 (11)3.2 性能测试 (12)四、工艺优化与性能关系研究 (14)4.1 激光功率对涂层性能的影响 (15)4.2 熔覆速度对涂层性能的影响 (16)4.3 Ni60合金粉末粒度对涂层性能的影响 (16)4.4 焊接参数对涂层性能的影响 (18)五、最佳工艺参数确定与验证 (19)5.1 最佳激光熔覆工艺参数的确定 (20)5.2 最佳工艺参数下的涂层性能验证 (21)5.3 工艺优化后的经济性和环保性分析 (22)六、结论与展望 (23)6.1 研究成果总结 (24)6.2 存在问题与不足 (26)6.3 后续研究方向与应用前景展望 (27)一、内容描述本研究旨在通过优化激光熔覆工艺参数，实现316L不锈钢表面Ni60合金涂层的制备与性能提升。
我们首先对316L不锈钢进行预处理，以去除表面杂质和氧化层。
采用高功率YAG激光器对预处理后的不锈钢表面进行熔覆处理，同时将Ni60合金粉末均匀铺设在激光束扫描的区域。
在激光熔覆过程中，我们重点关注了激光功率、扫描速度、送粉速率等关键参数对涂层质量的影响。
通过调整这些参数，我们得到了具有不同微观结构和性能的Ni60合金涂层。
我们还对涂层的截面形貌、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能指标进行了系统测试。
通过对实验数据的分析，我们揭示了激光熔覆工艺参数对Ni60合金涂层性能的显著影响规律，并找到了优化涂层性能的方法。
本研究不仅为316L不锈钢表面Ni60合金涂层的制备提供了理论依据和实验指导，而且对于推动高性能材料在工业领域的应用具有重要意义。
激光熔覆技术研究现状及展望
（ 青岛理工大学机械工程 学院，山东青岛 ２ ６ ６ ０ ３ ３ ）
摘要 ：通过研究激光熔覆技术 的现状 ，综述了激光表面熔覆的特点 、工艺方法 、材 料体系 以及 当前存 在 的问题 ，并展
望其应用前景 和未来 的研究重点 。 关键词 ：激光熔覆 ；工艺方法 ；裂纹
激光熔覆技术是材料表面改性技术 中的一种重要
料供应方法可分 为合金 同步法与合金前置法。
方法 ，它利用 高能激光 束 （ １ ０ ～１ ０ Ｗ／ ｃ ｍ ） ，将具
有不 同成分 、性能 的材料与基材表面快速熔化 、扩展 并迅速凝 固 ，形成一层具有特殊物理 、化学或力学性 能的复合材料 ，从 而获得基体所不具备 的性能 ，如高 硬度 、耐磨性 、耐腐 蚀性 以及高 温下 的抗 氧化 性等 ， 这种复合材料具备 了熔覆材料和基体二者的优势 ，弥 补了相互 间的不足 。采用该技术可使涂层 与基体 的结
影响区小 ，工 件 变形 小 ； （ ２ ）激 光能 量密 度 可调 ，
在确保基材极低稀释率 的同时 ，能够保证熔覆层和基 体间呈 良好 的冶 金结 合 ； （ ３ ）激 光熔 覆 时 ，加热 、 冷却速度快 ，熔覆层 晶粒细小 、结构致密 ，能够获得 较高的硬度和 良好 的耐磨 、耐 腐蚀性 能 ； （ ４ ）光斑 照射 区域可通过导光 系统进行处理 ，可对工件局部或 难加工部位进 行选 区熔覆 ； （ ５ ）适用 范 围广 ，理论
２ ． ２ 合 金 前 置 法
合方式 由常规 热处理 中的机械结合变为冶金结合 ，从 而更能胜任摩 擦 、磨损条件较为苛刻 的场合 。 １ 激 光熔 覆技 术 的优点
与各种常 规表面 处理技术 ，如涂料 涂层 、电镀 、
堆焊和等离子 喷涂等相 比 ，激光熔覆技术具有以下优 点：（ １ ）激光 能量密 度高 ，加 热速 度快 ，熔覆 层热
超高速激光熔覆研究现状及应用
２０２１年３月第４９卷第６期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＭａｒ．２０２１Ｖｏｌ ４９Ｎｏ ６ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０２１ ０６ ０３１本文引用格式：黄旭，张家诚，练国富，等．超高速激光熔覆研究现状及应用［Ｊ］．机床与液压，２０２１，４９（６）：１５１－１５５．ＨＵＡＮＧＸｕ，ＺＨＡＮＧＪｉａｃｈｅｎｇ，ＬＩＡＮＧｕｏｆｕ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０２１，４９（６）：１５１－１５５．收稿日期：２０２０－０８－２５基金项目：福建工程学院科研启动基金（ＧＹ⁃Ｚ１８１６３）；福建省增材制造创新中心开放基金（ＺＣＺＺ２０⁃０４）；第三批福建省特殊支持 双百计划 人才项目（闽委人才２０１８－５号）作者简介：黄旭（１９８６ ），男，博士，讲师，主要研究方向为激光增材制造㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｘｕ＠ｆｊｕｔ ｅｄｕ ｃｎ㊂超高速激光熔覆研究现状及应用黄旭，张家诚，练国富，江吉彬，周梦宁（福建工程学院机械与汽车工程学院，福建福州３５０１１８）摘要：超高速激光熔覆是一种新兴的表面处理技术㊂介绍超高速激光熔覆技术，综述国内外超高速激光熔覆技术的研究现状，目前研究热点包括熔覆工艺优化㊁组织性能产生机制以及过程模拟；列举了超高速激光熔覆技术在工业生产中的应用，主要包括替代硬铬电镀对大型液压缸表面进行修复㊁汽车制动盘涂层的制备以及快速金属增材制造㊂并基于目前的研究现状和应用对后续发展进行了展望，未来主要的研究热点将聚焦平面及自由曲面的超高速激光熔覆设备的研制㊁新型熔覆材料的研发㊁裂纹控制机制的探讨以及超高速激光熔覆技术结合增材制造的进一步研究㊂关键词：超高速激光熔覆；研究现状；增材制造中图分类号：ＴＧ１７４ ４ＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｕｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥｘｔｒｅｍｅＨｉｇｈＳｐｅｅｄＣｌａｄｄｉｎｇＨＵＡＮＧＸｕ，ＺＨＡＮＧＪｉａｃｈｅｎｇ，ＬＩＡＮＧｕｏｆｕ，ＪＩＡＮＧＪｉｂｉｎ，ＺＨＯＵＭｅｎｇｎｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＦｕｊｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＦｕｚｈｏｕＦｕｊｉａｎ３５０１１８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇｉｓａｎｅｗｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｔｓｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｗａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｌａｄｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗｅｒｅｌｉｓｔｅｄ，ｉｔｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｅｄｒｅｐｌａｃｉｎｇｈａｒｄｃｈｒｏｍｉｕｍｐｌａｔｉｎｇｔｏｒｅｐａｉｒｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｌａｒｇｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｂｒａｋｅｄｉｓｃｃｏａｔｉｎｇａｎｄｒａｐｉｄｍｅｔａｌａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅ⁃ｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｗａｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ，ｔｈｅｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｗｉｌｌｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒｐｌａｎｅａｎｄｆｒｅｅ⁃ｆｏｒｍｓｕｒｆａｃｅ，ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎｅｗｃｌａｄｄｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｄｉｓｃｕｓ⁃ｓｉｏｎｏｎｃｒａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇ；Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓ；Ａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ０㊀前言在航空航天㊁石油天然气㊁汽车㊁造纸等各个领域，为了实现轴辊类零件的表面硬度㊁耐腐蚀性㊁耐磨性强化或尺寸修复，硬铬电镀是一种广泛使用的标准工艺㊂然而，硬铬电镀耗能大，且对环境污染非常严重，常用的ＣｒＯ３（也称为Ｃｒ６＋）毒性极高，是一种致癌物质［１］㊂因此，世界各国相继出台法规对电镀工艺进行限制，例如在我国，党的十九大报告提出：要构建市场导向的绿色技术创新体系，推进资源全面节约和循环利用㊂在欧洲，欧盟自２０１７年９月后只有在特别授权的情况下才可以使用硬铬电镀工艺［２］㊂当前，表面处理技术的应用市场非常广阔，对电镀工艺的限制意味着需要其他工艺来替代硬铬电镀㊂常见的表面涂层制备技术有热喷涂［３］㊁激光熔覆［４－５］等㊂在替代硬铬电镀方面，采用热喷涂技术制备的涂层与基体的机械结合能力较差，涂层与基体间易产生裂纹，从而引发涂层剥落等状况；采用激光熔覆技术制备的涂层与基体之间呈冶金结合，但通常情况下其涂层厚度较大，制备的效率较低，在对薄壁或小尺寸零件进行熔覆时，相对较大的热输入会使工件发生收缩和变形［６－７］㊂因此，热喷涂和激光熔覆仅在少数场合下才能取代硬铬电镀㊂在这种情况下，限制电镀带来的市场空白势必会引发新技术的变革㊂德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（ＦｒａｕｎｈｏｆｅｒＩＬＴ）和亚琛工业大学（ＲＷＴＨＡａｃｈｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）的研究人员于２０１３年开始研究［８］，并在２０１７年成功研发了一种用于涂层和修复金属部件的工艺 超高速激光熔覆技术［９］㊂超高速熔覆技术一经提出，就被大量学者和研究人员关注，逐步替代原有的硬铬电镀工艺，并且应用领域逐渐拓展，延伸到了汽车零部件涂层制备㊁金属增材制造等场合㊂１㊀超高速激光熔覆介绍超高速激光熔覆，德文缩写为ＥＨＬＡ，英文为ＥｘｔｒｅｍｅＨｉｇｈＳｐｅｅｄＣｌａｄｄｉｎｇ，是采用同步送粉的方式，通过调整粉末焦平面与激光焦平面的相对位置使熔覆粉末在基体上方与激光束交汇发生熔化，随后均匀涂覆在基体表面，快速凝固后熔覆层稀释率极低且与基体呈冶金结合［１０］㊂如图１所示，它与传统激光熔覆本质的区别是改变了粉末的熔化位置㊂在超高速激光熔覆中，落在基体表面的是液态的熔覆材料而不是固态的粉末颗粒，所以可显著提升其熔覆速度㊂传统激光熔覆的熔覆速度通常为０ ５ ２ ０ｍ／ｍｉｎ，而超高速激光熔覆的熔覆速度为５０ ５００ｍ／ｍｉｎ，提升了１００ ２５０倍，如此高的熔覆速度意味着该技术可用于大面积零件的涂覆㊂由于超高的熔覆速度降低了能量密度以及在基体上方熔化的粉末吸收了大量的激光能量，使得超高速激光熔覆的热输入明显减少，传统激光熔覆的热影响区深度通常为毫米尺度，而超高速激光熔覆的热影响区为微米尺度㊂超高速激光熔覆制备的涂层更为光滑且后续机加工步骤少，用传统激光熔覆制备的涂层的厚度通常大于０ ５ｍｍ，而超高速激光熔覆制备的涂层厚度在２５ ２５０ｍｍ之间，且表面粗糙度可降至原来的１／１０，仅需磨削即可满足要求［１１］㊂此外，超高速激光熔覆与硬铬电镀相比，制备出的涂层无气孔㊁裂纹等缺陷，且更加环保；与热喷涂相比，其可节约约９０％的材料㊂因此超高速激光熔覆技术逐渐在工业中取得应用，它也被誉为当前可替代电镀最具竞争力的工艺㊂图１㊀传统激光熔覆和超高速激光熔覆原理［１２］２㊀超高速激光熔覆研究现状基于超高速激光熔覆独特的技术优势，为了进一步优化熔覆层的表面质量㊁提升熔覆层的组织性能㊁实现粉末与激光的最佳耦合等，学者们把超高速激光熔覆的研究主要热点聚焦在以下３个方面：（１）以熔覆速度㊁送粉速率㊁搭接率等熔覆参数为因素，关于超高速激光熔覆表面形貌和成型质量的研究㊂超高速激光熔覆的熔池凝固速度远高于传统激光熔覆，熔覆层的表面形貌和尺寸精度取决于熔覆层高度和宽度的均匀性和重复性，而熔覆层的高度和宽度易受送粉速率㊁粉末粒度㊁搭接率等参数的影响㊂明确熔覆层表面形貌演化的影响因素，控制熔覆层尺寸精度，是进一步拓展该技术应用的重点㊂德国弗劳恩霍夫研究所的ＳＣＨＯＰＰＨＯＶＥＮ等［９］利用自行构建的超高速激光熔覆系统在铬镍钢轴基体表面熔覆镍基合金粉末，研究了熔覆参数对熔覆层厚度影响，得出了如下结论：随着熔覆速度的提高，熔覆层厚度减小；随着粉末质量流量的增加，熔覆层厚度增加；随着保护气流量的增加，熔覆层厚度先减小后增加；载气流量对熔覆层厚度影响不大㊂国内山东能源重装集团的澹台凡亮等［１３］在矿用液压支架立柱上熔覆了ＳＮＪＧ⁃１６０Ｃ型合金粉末，也得出了类似的结论㊂西安交通大学的娄丽艳等［１４］采用自行设计的超高速激光熔覆头制备了ＦｅＣｒ合金薄涂层，研究了粉末粒度㊁基体形貌㊁搭接率对熔覆层表面形貌的影响，实验结果如图２所示：随着粉末粒径的增大，熔覆层表面粗糙度增大；熔覆层的表面形貌具有一定的遗传性，基体越粗糙，熔覆层表面粗糙度越大；提高搭接率有助于减小熔覆层的表面粗糙度㊂图２㊀熔覆层表面粗糙度与熔覆参数的关系［１４］苏州大学的王暑光等［１５］采用 光内送粉 正离焦新型光粉耦合技术在不锈钢基体上进行高速熔覆实验，光内送粉耦合实现了更高的粉末捕获率，其原理如图３所示㊂研究了送粉速率和离焦量对稀释率的影㊃２５１㊃机床与液压第４９卷响，研究发现：随着送粉速率的增加，粉末遮光率增大，照射到基体表面能量减少，使得稀释率逐渐减小；随着离焦量的增大，光斑能量密度减弱，熔覆层稀释率降低㊂图３㊀光内送粉耦合原理［１５］（２）以熔覆层的显微硬度㊁耐腐蚀性㊁力学性能等为指标，关于超高速激光熔覆制备的熔覆层组织与性能的研究㊂由于超高速激光熔覆粉末的熔化方式㊁传热模式与传统激光熔覆存在明显的区别，采用该技术制备的涂层在组织和性能方面常体现出其独特性，往往可以制备出组织更为致密㊁性能更加优良的熔覆层㊂作为一项替代硬铬电镀的新技术，研究其熔覆层的性能调控及机制，是进一步提升该技术应用的关键㊂西安交通大学的王豫跃等［１６］采用自主研发的超高速激光熔覆设备制备铁基合金ＳＳ４３１涂层，并与相同工艺参数下传统激光熔覆制备的涂层进行对比，如图４所示，实验结果显示：相比传统激光熔覆，采用超高速激光熔覆制备的熔覆层晶粒更加细小且分布均匀，涂层的显微组织更为致密㊂图４㊀熔覆层显微组织［１６］哈尔滨工业大学的李俐群等［１７－１８］分别采用传统激光熔覆和超高速激光熔覆技术在２７ＳｉＭｎ基材上制备ＡＩＳＩ４３１不锈钢耐蚀涂层，并对两种涂层的宏观特征㊁显微组织以及耐蚀性能进行对比分析，如图５和图６所示，分析结果表明：相较于传统激光熔覆，超高速激光熔覆制备的熔覆层组织更加细密均匀，其极低的稀释率使得熔覆层中Ｃｒ含量较高，因此其耐腐蚀性能更为优异㊂北京机科国创轻量化科学研究院有限公司的ＳＨＥＮ等［１９］也得出了相似的结论㊂图５㊀熔覆层显微组织［１８］图６㊀熔覆层元素分布图［１８］哈尔滨工业大学的ＳＨＥＮ等［２０］采用超高速激光熔覆技术在２７ＳｉＭｎ基体表面制备了ＡＩＳＩ４３１熔覆层㊂研究了不同熔覆速度下的熔覆层显微组织和耐腐蚀性，实验结果显示：在高熔覆速度下，熔覆层的枝晶尺寸和成分分布更加均匀，Ｃｒ元素的均匀分布有利于提升熔覆层的耐腐蚀性能㊂（３）以研究激光束与粉末颗粒的相互作用㊁熔池温度场和应力场等为目标，关于超高速激光熔覆熔覆过程数值模拟的研究㊂超高速激光熔覆的熔覆粉末由粉末喷嘴按特定的粒子轨迹和速度送入激光束，为了使粉末颗粒在基体上方喷射过程中完全熔化，研究粉末粒子与激光束的相互作用以及粒子的速度和轨迹尤为重要㊂此外，由于超高速激光熔覆复杂的加工过程，采用传统的实验方法研究熔池的温度场㊁应力场等非常困难㊂现在在这方面的研究以数值模拟结合实验验证研究为主㊂德国弗劳恩霍夫研究所的ＳＣＨＯＰＰＨＯＶＥＮ等［２１］提出了一个粉末气体喷射的统计／数值模型，对粉末气体喷射进行了实验表征和数学模型描述，将喷粉过程中的粉末颗粒密度，特别是不同颗粒的颗粒轨迹以及粉末质量流等映射到理论模型中㊂在此基础上，可以描述激光束与粉末颗粒之间的相互作用，有助于了㊃３５１㊃第６期黄旭等：超高速激光熔覆研究现状及应用㊀㊀㊀解激光束通过粉末气体喷射的透射率㊁光束路径中的粒子加热㊁基板加热和轨迹形成等过程相关的影响因素㊂北京航空航天大学的ＬＩＡＯ等［２２］基于ＨｏｔＯｐｔｉｍａｌＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＭｅｓｈｆｒｅｅ提出了一种粉体尺度下超高速激光熔覆过程的直接数值模拟方法，并对粉末颗粒进行建模，以介观尺度对超高速激光熔覆过程进行了数值模拟，研究了激光功率㊁激光半径㊁沉积速度等工艺参数对结合区厚度㊁表面粗糙度和孔隙率的影响㊂此外，仿真计算的孔隙率与实验数值接近，证明了该方法对模拟熔覆层微观组织具有一定的效果，有助于促进超高速激光熔覆涂层质量的研究㊂３㊀超高速激光熔覆的应用超高速激光熔覆技术的发明是表面修复和增材制造技术发展历程中革命性的一步，它解决了制约传统熔覆技术大规模推广的最大瓶颈 效率，从而也带来了成本的大幅度降低㊂近年来，国内外也有许多企业㊁研究所等将其应用在工业生产中㊂我国是世界上最大的煤矿液压支架生产国，产品不仅满足国内市场需求，而且出口美国㊁欧洲㊁东南亚等㊂然而液压支架的核心部件，例如液压立柱㊁千斤顶等均需要进行表面防腐和耐磨等处理，在制造和维修两个方面每年需要处理的量就有近百万平方米之多，传统电镀工艺给企业带来的环保压力非常大，并且电镀镀层在质量㊁性能以及大修周期㊁修理费用等后期的成本维护方面也存在许多缺陷㊂随着超高速激光熔覆的发展，这些问题迎刃而解㊂超高速激光熔覆技术属于先进环保的再制造加工技术，其制备的涂层冶金质量高㊁稀释率低㊁变形小㊁表面光洁度高，国内的机械科学研究总院与北京煤矿机械装备有限责任公司引进该技术用于煤机液压支架立柱等大型零件表面的涂覆，极大地减少企业的后续机加工成本，能有效延长产品使用周期，为企业节省大量后期维修费用㊂荷兰的ＩＨＣＶｒｅｍａｃＣｙｌｉｎｄｅｒｓ公司用超高速激光熔覆替代硬铬电镀，用于海上液压缸表面涂层的制备，避免了对环境的污染，且制备的涂层具备优良的耐腐蚀㊁耐磨损性能［２３］㊂传统的汽车制动盘是由含有层状石墨相的灰铸铁制成，这种材料虽然有较好的导热性和高的热容量，但是其耐腐蚀和耐磨损能力较差，需要在其表面制备耐腐蚀和耐磨损的涂层㊂目前电镀和热喷涂等传统的表面处理工艺难以使灰铸铁与其表面的涂层发生冶金结合，还容易在涂层中产生气孔和裂纹等缺陷㊂针对该问题，德国弗劳恩霍夫研究所的研究人员采用超高速激光熔覆技术在制动盘表面制备了一层涂层，制造过程及成品如图７所示，该涂层与基体呈冶金结合，不会发生剥落，且低热输入还可以防止制动盘灰铸铁的碳元素溶解到其表面的熔池之中，从而避免了产生气孔以及涂层和结合区的裂纹等㊂德国的博世公司也将超高速激光熔覆技术应用于制动盘涂层的制造，使得制动盘的使用寿命得以延长，还减少了加工的成本［２３］㊂图７㊀利用超高速激光熔覆制备制动盘涂层的过程及成品超高速激光熔覆也可用于在现有的㊁传统生产的部件上制造体积元素㊂例如，要用常规方法制造法兰或密封座，必须在旋转轴上加工毛坯数小时，但是使用结合了超高速激光熔覆的增材方法生产相同的部件只需几分钟，随后的车削也在几分钟内完成㊂弗朗霍夫研究所与总部位于威斯巴登的Ｐｏｎｔｉｃｏｎ公司合作开发一个３Ｄ超高速激光熔覆系统［２３］，如图８所示，该系统利用３个线性致动器和平行运动设计，在激光加工头保持静止的情况下，以极快的速度移动加工平台，能够以最大精度创建３Ｄ打印实体㊂此外，位于亚琛的ＨＰＬ技术公司目前也在建设一个可以用于大规模生产的系统［１１］㊂图８㊀３Ｄ超高速激光熔覆系统［２３］４㊀结语与展望超高速激光熔覆的熔覆效率高㊁涂层质量好，这吸引了国内外学者对它的探索与研究，它在工业生产中的不断应用不仅取决于独特的技术优势，也在于其良好的环境效益和巨大的经济潜力㊂目前，超高速激光熔覆技术的研究虽然取得了一定的进展，但由于其发展时间较短，在以下几个方面仍需深入研究㊂㊃４５１㊃机床与液压第４９卷（１）熔覆设备方面㊂超高速激光熔覆设备发展至今仍仅用于轧辊㊁柱塞㊁液压支架等旋转对称的零件，这限制了超高速激光熔覆技术在自由曲面㊁大型平面上的应用㊂目前，对熔覆设备需进一步研发，以拓宽超高速激光熔覆技术在表面处理方面的应用范围㊂（２）熔覆材料方面㊂超高速激光熔覆在熔覆速度上较传统熔覆有质的提升，在送粉时为了满足熔覆效率和熔覆质量的要求，其粉末应具有优异的流动性，且要使粉末在基体上方完全熔化，粉末粒径不宜过大㊂此外为了满足熔覆层的使用要求，其熔覆材料应具备优良的耐腐蚀㊁耐磨损性能，因此对新型熔覆材料的研究对超高速激光熔覆的发展具有重要意义㊂（３）成型机制方面㊂超高速激光熔覆是一种快速加热冷却的工艺，熔池的结晶凝固是一个非平衡凝固的过程㊂在成型过程中，其涂层内部的应力形成机制及裂纹控制等尚未完全明确，对这方面进行深入研究将使得涂层质量进一步优化㊂（４）制造工艺方面㊂增材制造技术有改变现有生产方式的潜力，但目前其生产效率和精度等问题限制了它在工业中的发展，对超高速激光熔覆技术结合增材制造的不断研究，将能弥补传统增材制造技术效率和精度不足的问题，推动３Ｄ增材制造技术的发展，在未来会极大地促进金属３Ｄ打印技术产业化应用㊂参考文献：［１］ＯＬＥＧＲ．Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｗｉｔｈａｆｕｔｕｒｅ：ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｍｅｔａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｒｅｐｌａｃｅｓｈａｒｄｃｈｒｏｍｅｐｌａｔｉｎｇ［Ｊ］．ＬａｓｅｒＴｅｃｈｎｉｋＪｏｕｒｎａｌ，２０１７，１４（１）：２８－３０．［２］ＳＣＨＯＰＰＨＯＶＥＮＴ，ＧＡＳＳＥＲＡ，ＢＡＣＫＥＳＧ．ＥＨＬＡ：ｅｘ⁃ｔｒｅｍｅｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｍａｔｅｒｉａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＬａｓｅｒＴｅｃｈ⁃ｎｉｋＪｏｕｒｎａｌ，２０１７，１４（３）：４５．［３］ＬＩＱＬ，ＤＥＮＧＣＭ，ＬＩＬ，ｅｔａｌ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｎｔｅｒ⁃ｆａｃｅ⁃ａｄｈｅｓｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｌｙｓｐｒａｙｅｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｇｒａｄｉｅｎｔｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓＦｅＣｒＡｌ－ｃｅｒａｍｉｃｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．ＣｅｒａｍｉｃｓＩｎ⁃ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２０２０，４６（５）：５９４６－５９５９．［４］ＬＩＢＣ，ＺＨＵＨＭ，ＱＩＵＣＪ，ｅｔａｌ．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｄｕｃｔｉｌｅｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｃｏａｔｉｎｇｓｗｉｔｈＮｂａｄｄｉｔｉｏｎｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｌ⁃ｌｏｙｓａｎｄＣｏｍｐｏｕｎｄｓ，２０２０，８３２：１５４９８５．［５］王斌修，李成彪．激光熔覆技术研究现状及展望［Ｊ］．机床与液压，２０１３，４１（７）：１９２－１９４．ＷＡＮＧＢＸ，ＬＩＣＢ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１３，４１（７）：１９２－１９４．［６］李广琪，王丽芳，赵亮，等．激光熔覆层裂纹问题的研究进展［Ｊ／ＯＬ］．热加工工艺，２０２１，５０（１６）：１３－１７．ＬＩＧＱ，ＷＡＮＧＬＦ，ＺＨＡＯＬ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｃｒａｃｋｐｒｏｂｌｅｍｏｆｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｌａｙｅｒ［Ｊ／ＯＬ］．ＨｏｔＷｏｒｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，５０（１６）：１３－１７．［７］ＨＡＬＤＡＲＢ，ＳＡＨＡＰ．ＰｒｏｂｌｅｍｓｏｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈａｒｄａｎｄｌｏｗｆｒｉｃｔｉｏｎｉｎｓｉｔｕｃｏａｔｉｎｇｓｏｎＴｉ－６Ａｌ－４Ｖｕｓｉｎｇｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｄｉａＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，２０１８，２０：４４６－４５１．［８］ＫＥＬＢＡＳＳＡＩ，ＧＡＳＳＥＲＡ，ＭＥＩＮＥＲＳＷ，ｅｔａｌ．ＨｉｇｈｓｐｅｅｄＬＡＭ［Ｃ］／／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＬａｓｅｒａｎｄＴｅｒａ－ＨｅｒｔｚＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３：３８３－３８５．［９］ＳＣＨＯＰＰＨＯＶＥＮＴ，ＧＡＳＳＥＲＡ，ＷＩＳＳＥＮＢＡＣＨＫ，ｅｔａｌ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｕｌｔｒａ⁃ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｍａｔｅｒｉａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｓａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｆｏｒｈａｒｄｃｈｒｏｍｅｐｌａｔｉｎｇａｎｄｔｈｅｒｍａｌｓｐｒａｙｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｓｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１６，２８（２）：０２２５０１．［１０］贾云杰．超高速激光熔覆铁基合金数值模拟研究［Ｄ］．天津：天津职业技术师范大学，２０２０．ＪＩＡＹＪ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｕｌｔｒａｈｉｇｈｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｏｆＦｅｂａｓｅｄａｌｌｏｙ［Ｄ］．Ｔｉａｎｊｉｎ：ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｄｕｃａｔｉｏｎ，２０２０．［１１］ＮＩＣＫＥＬＳＬ．Ｔｈｅｙｄｏｉｔｗｉｔｈｌａｓｅｒｓ［Ｊ］．ＭｅｔａｌＰｏｗｄｅｒＲｅ⁃ｐｏｒｔ，２０２０，７５（２）：７９－８１．［１２］ＬＡＭＰＡＣ，ＳＭＩＲＮＯＶＩ．Ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｏｆａｎｉ⁃ｒｏｎｂａｓｅｄａｌｌｏｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｈａｒｄｃｈｒｏｍｅｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｓｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１９，３１（２）：０２２５１１．［１３］澹台凡亮，田洪芳，陈峰，等．高速激光熔覆在２７ＳｉＭｎ液压支架立柱上的应用探讨［Ｊ］．新技术新工艺，２０１９（３）：５２－５４．ＴＡＮＴＡＩＦＬ，ＴＩＡＮＨＦ，ＣＨＥＮＦ，ｅｔａｌ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎａｐ⁃ｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｏｎ２７ＳｉＭｎｈｙｄｒａｕ⁃ｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｃｏｌｕｍｎ［Ｊ］．ＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＮｅｗＰｒｏｃｅｓｓ，２０１９（３）：５２－５４．［１４］娄丽艳，李成新，张煜，等．低功率超高速激光熔覆ＦｅＣｒ合金薄涂层微观结构与表面形貌演化［Ｊ］．燕山大学学报，２０２０，４４（２）：１１６－１２４．ＬＯＵＬＹ，ＬＩＣＸ，ＺＨＡＮＧＹ，ｅｔａｌ．ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＦｅＣｒａｌｌｏｙｔｈｉｎｃｏａｔｉｎｇｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｂｙｕｌｔｒａ⁃ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｗｉｔｈｌｏｗｌａｓｅｒｐｏｗｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０２０，４４（２）：１１６－１２４．［１５］王暑光，石拓，傅戈雁，等．激光内送粉高速熔覆Ｃｒ５０Ｎｉ合金稀释率及单道形貌分析［Ｊ］．表面技术，２０２０，４９（７）：３１１－３１８．ＷＡＮＧＳＧ，ＳＨＩＴ，ＦＵＧＹ，ｅｔａｌ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｌｕｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｓｉｎｇｌｅＣｈａｎｎｅｌＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｃｌａｄｄｉｎｇＣｒ５０Ｎｉａｌｌｏｙｂｙｌａｓｅｒｉｎｓｉｄｅ⁃ｂｅａｍｐｏｗｄｅｒｆｅｅｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４９（７）：３１１－３１８．［１６］王豫跃，牛强，杨冠军，等．超高速激光熔覆技术绿色制造耐蚀抗磨涂层［Ｊ］．材料研究与应用，２０１９，１３（３）：１６５－１７２．ＷＡＮＧＹＹ，ＮＩＵＱ，ＹＡＮＧＧＪ，ｅｔａｌ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｃｏｒｒｏｓｉｏｎ⁃ｒｅｓｉｓｔａｎｔａｎｄｗｅａｒ⁃ｒｅｓｉｓｔａｎｔｃｏａｔｉｎｇｓｅｎｖｉｒｏｎ⁃ｍｅｎｔａｌ⁃ｆｒｉｅｎｄｌｙｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｂｙａｎｏｖｅｌｓｕｐｅｒ⁃ｈｉｇｈｅｆｆｉ⁃ｃｉｅｎｔｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｌｉｃａ⁃ｔｉｏｎ，２０１９，１３（３）：１６５－１７２．（下转第１６２页）㊃５５１㊃第６期黄旭等：超高速激光熔覆研究现状及应用㊀㊀㊀ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｂｅａｒｉｎｇｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｇｅａｒｄｒｉｖｅｂａｓｅｄｏｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，２０１５，３９（５）：５０－５３．［４］ＷＩＧＧＩＮＳＲＡ．Ｍｉｎｉｍｕｍｅｎｔｒｏｐｙｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｇｅｏｅｘ⁃ｐｌｏｒａｔｉｏｎ，１９７８，１６（１／２）：２１－３５．［５］ＭＣＤＯＮＡＬＤＧＬ，ＺＨＡＯＱ，ＺＵＯＭＪ．ＭａｘｉｍｕｍｃｏｒｒｅｌａｔｅｄＫｕｒｔｏｓｉｓｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｇｅａｒｔｏｏｔｈｃｈｉｐｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓ⁃ｉｎｇ，２０１２，３３：２３７－２５５．［６］ＭＣＤＯＮＡＬＤＧＬ，ＺＨＡＯＱ．Ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔｏｐｔｉｍａｌｍｉｎｉｍｕｍｅｎｔｒｏｐｙｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎｆｉｘ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｖｉ⁃ｂｒａｔｉｏｎｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１７，８２：４６１－４７７．［７］赵磊，张永祥，朱丹宸．基于ＭＯＭＥＤＡ和ＩＩＴＤ的滚动轴承微弱故障特征提取［Ｊ］．海军工程大学学报，２０１９，３１（１）：５７－６１．ＺＨＡＯＬ，ＺＨＡＮＧＹＸ，ＺＨＵＤＣ．ＦｅａｔｕｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｆｏｒｗｅａｋｆａｕｌｔｏｆｒｏｌｌｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｂｅａｒｉｎｇｉｎｌｉｇｈｔｏｆＭＯＭＥＤＡａｎｄＩＩＴＤ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｖａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１９，３１（１）：５７－６１．［８］刘文朋，廖英英，杨绍普，等．一种基于多点峭度谱和最大相关峭度解卷积的滚动轴承故障诊断方法［Ｊ］．振动与冲击，２０１９，３８（２）：１４６－１５１．ＬＩＵＷＰ，ＬＩＡＯＹＹ，ＹＡＮＧＳＰ，ｅｔａｌ．Ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｓｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔｋｕｒｔｏｓｉｓｓｐｅｃｔｒｕｍｓａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｋｕｒｔｏｓｉｓｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＳｈｏｃｋ，２０１９，３８（２）：１４６－１５１．［９］陈辉．基于谱峭度和ＭＣＫＤ的柔性薄壁轴承故障特征提取［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１９．ＣＨＥＮＨ．Ｆａｕｌｔｆｅａｔｕｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｔｈｉｎ⁃ｗａｌｌｅｄｂｅａｒｉｎｇｓｂａｓｅｄｏｎｓｐｅｃｔｒａｌｋｕｒｔｏｓｉｓａｎｄＭＣＫＤ［Ｄ］．Ｇｕａｎｇ⁃ｚｈｏｕ：ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９．［１０］王志坚，王俊元，赵志芳，等．基于ＭＫｕｒｔ－ＭＯＭＥＤＡ的齿轮箱复合故障特征提取［Ｊ］．振动．测试与诊断，２０１７，３７（４）：８３０－８３４．ＷＡＮＧＺＪ，ＷＡＮＧＪＹ，ＺＨＡＯＺＦ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｆａｕｌｔｆｅａｔｕｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｇｅａｒｂｏｘｂａｓｅｄｏｎＭＫｕｒｔ－ＭＯＭＥＤＡ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ，２０１７，３７（４）：８３０－８３４．［１１］刘建春，胡俊锋，熊国良，等．基于谱峭度和Ｔｅａｇｅｒ能量算子的轴承故障特征增强［Ｊ］．噪声与振动控制，２０１８，３８（１）：１８２－１８７．ＬＩＵＪＣ，ＨＵＪＦ，ＸＩＯＮＧＧＬ，ｅｔａｌ．ＢｅａｒｉｎｇｆａｕｌｔｆｅａｔｕｒｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｓｐｅｃｔｒａｌｋｕｒｔｏｓｉｓａｎｄＴｅａｇｅｒｅｎｅｒｇｙｏｐｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＮｏｉｓｅａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ，２０１８，３８（１）：１８２－１８７．［１２］李振．柔性薄壁轴承振动信号分析与诊断方法研究［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１８．ＬＩＺ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｉａｇｎｏｓｉｓｍｅｔｈｏｄｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｔｈｉｎ⁃ｗａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓ［Ｄ］．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ：ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８．［１３］王志坚，张纪平，王俊元，等．基于ＭＥＤ⁃ＭＯＭＥＤＡ的风电齿轮箱复合故障特征提取研究［Ｊ］．电机与控制学报，２０１８，２２（９）：１１１－１１８．ＷＡＮＧＺＪ，ＺＨＡＮＧＪＰ，ＷＡＮＧＪＹ，ｅｔａｌ．Ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ⁃ｇｅａｒｂｏｘｍｕｌｔｉ⁃ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｂａｓｅｄｏｎＭＥＤ⁃ＭＯＭＥＤＡ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１８，２２（９）：１１１－１１８．（责任编辑：张艳君）（上接第１５５页）［１７］ＬＩＬＱ，ＳＨＥＮＦＭ，ＺＨＯＵＹＤ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌＡＩＳＩ４３１ｃｏａｔｉｎｇｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｅｘｔｒｅｍｅ⁃ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄａｎｄｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｓｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１９，３１（４）：０４２００９．［１８］李俐群，申发明，周远东，等．超高速激光熔覆与常规激光熔覆４３１不锈钢涂层微观组织和耐蚀性的对比［Ｊ］．中国激光，２０１９，４６（１０）：１７４－１８３．ＬＩＬＱ，ＳＨＥＮＦＭ，ＺＨＯＵＹＤ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｉ⁃ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆ４３１ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｃｏａｔｉｎｇｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇａｎｄｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａ⁃ｓｅｒｓ，２０１９，４６（１０）：１７４－１８３．［１９］ＳＨＥＮＢＷ，ＤＵＢＲ，ＷＡＮＧＭＨ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｌａｙｅｒｆｏｒｍｅｄｂｙｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄａｎｄｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｌａｓｅｒｍｅｌｔｉｎｇｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＦｒｏｎｔｉｅｒｓｉｎＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１９，６：２４８．［２０］ＳＨＥＮＦＭ，ＴＡＯＷ，ＬＩＬＱ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃｏａｔｉｎｇｓｂｙｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＳｕｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ，２０２０，５１７：１４６０８５．［２１］ＳＣＨＯＰＰＨＯＶＥＮＴ，ＰＩＲＣＨＮ，ＭＡＮＮＳ，ｅｔａｌ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ／ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｐｏｗｄｅｒ⁃ｇａｓｊｅｔｆｏｒｅｘｔｒｅｍｅｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｍａｔｅｒｉａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｏａｔｉｎｇｓ，２０２０，１０（４）：４１６．［２２］ＬＩＡＯＨ，ＦＡＮＪ，ＬＩＵＨ，ｅｔａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｉｅｓｏｆｅｘ⁃ｔｒｅｍｅｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｌａｓｅｒｍａｔｅｒｉａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｔｐｏｗｄｅｒ⁃ｓｃａｌｅ［Ｃ］／／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆＡＳＭＥ２０１９Ｉｎｔｅｒｎａ⁃ｔｉｏｎａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｇｒｅｓｓａｎｄＥｘｐｏｓｉｔｉｏｎ，２０１９．［２３］ＳＣＨＯＰＰＨＯＶＥＮＴ，ＳＣＨＬＥＩＦＥＮＢＡＵＭＪＨ，ＴＨＡＲＭＡＫＵＬＡＳＩＮＧＡＭＳ，ｅｔａｌ．Ｓｅｔｔｉｎｇｓｉｇｈｔｓｏｎａ３Ｄｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＶｉｅｗｓ，２０１９，１６（５）：６４－６８．（责任编辑：张艳君）㊃２６１㊃机床与液压第４９卷。
激光熔覆Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层的微观结构与耐腐蚀性能研究
激光熔覆Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层的微观结构与耐腐蚀性能研究孙勇辉;闫洪;兰昊;黄传兵;于守泉;孙小明;张伟刚【期刊名称】《表面技术》【年(卷),期】2024(53)1【摘要】目的解决Cr-Ni系不锈钢在重腐蚀工业环境中本体耐腐蚀性能不足的问题。
方法采用激光熔覆技术制备Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层,利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪(EDS)和显微硬度计、电化学工作站等技术研究所制备涂层的微观结构、相组成和元素分布,分析Al_(2)O_(3)含量对复合涂层形貌、显微硬度和耐腐蚀性能的影响规律。
结果复合涂层组织均匀、无明显缺陷,与基体之间存在明显的冶金结合区,沿着该复合涂层深度方向的微观结构依次呈现为胞状晶、定向生长的柱状晶及细小的等轴晶,物相则由均匀分布于复合涂层顶部的Al_(2)O_(3)颗粒和金属间化合物(Fe-Ni、Fe-Ni-Cr固溶体)构成。
随着Al_(2)O_(3)含量的增大,复合涂层的显微硬度呈先增大后减小的趋势,腐蚀电位呈先增大后减小的趋势,而失重腐蚀速率和腐蚀电流密度呈先减小后增大的趋势,涂层的耐腐蚀性能呈先增强后减弱的趋势。
在Ni-x%Al_(2)O_(3)(x为0、0.15、0.25、0.35,质量分数)复合涂层中,Ni-25%Al_(2)O_(3)复合涂层具有较高的显微硬度和良好的耐腐蚀性能,该涂层的显微硬度达到1026.3HV,腐蚀失重速率为0.15mg/(cm2·h),腐蚀电压和腐蚀电流密度分别为–326.6m V和38.6μA/cm2。
当继续增加Al_(2)O_(3)的含量时,气孔和裂纹等缺陷开始增多,复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能均呈现下降趋势。
研究表明,Ni-x%Al_(2)O_(3)(x≤25)复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能的变化由细晶强化、固溶强化和颗粒强化协同作用所致。
结论激光熔覆Ni-25%Al_(2)O_(3)复合涂层具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性,可以有效防护Cr-Ni系不锈钢,提高重腐蚀工业环境下机械零件的耐蚀性和使役寿命。
激光熔覆铁基合金涂层的研究进展
第53卷第6期表面技术2024年3月SURFACE TECHNOLOGY·11·激光熔覆铁基合金涂层的研究进展李垭焓1，谭诚香1，李梦瑶1，田煜博1，王然1，张亚龙1，王茜1*，张峻巍1，张亮2，叶风3（1.辽宁科技大学 材料与冶金学院，辽宁 鞍山 114051；2.抚顺隆烨化工有限公司， 辽宁 抚顺 113217；3.沈阳防锈包装材料有限责任公司，沈阳 110033）摘要：激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性技术，具有加工效率高、涂层稀释率低且与基体结合强度高、自动化程度高、环境友好等优点。
在各类熔覆材料中，铁基合金在成分上与钢铁材料最为接近，且其成本相对较低，近年来在设备零部件表面强化和再制造领域得到广泛应用。
结合国内外最新相关研究成果，从材料体系、工艺参数、外场辅助技术等方面对激光熔覆铁基合金涂层的研究进展进行了综述。
总结了熔覆材料的选材依据以及铁基自熔性合金粉末、不锈钢粉末、铁基非晶合金粉末、铁基复合粉末等各类材料的特点和应用。
系统讨论了激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等工艺参数对铁基涂层成形质量和微观组织及性能的影响机制，并介绍了工艺参数优化在高质量熔覆层制备中的应用。
同时，论述了超声振动、电磁场、温度场等外场辅助技术在激光熔覆铁基合金涂层中的应用，阐明了外加能场对激光熔覆过程中熔池及凝固组织的作用机理。
最后对激光熔覆铁基合金涂层未来的发展方向进行了展望。
关键词：激光熔覆；铁基涂层；研究进展；材料体系；工艺参数；外场辅助中图分类号：V261.8 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)06-0011-17DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.06.002Research Progress of Laser-cladding Fe-based Alloy CoatingLI Yahan1, TAN Chengxiang1, LI Mengyao1, TIAN Yubo1, WANG Ran1, ZHANG Yalong1,WANG Qian1*, ZHANG Junwei1, ZHANG Liang2, YE Feng3(1. School of Materials and Metallurgy, University of Science and Technology Liaoning, LiaoningAnshan 114051, China; 2. Fushun Longye Chemical Co., Ltd., Liaoning Fushun 113217, China;3. Shenyang Packaging Materials Co., Ltd., Shenyang 110033, China)ABSTRACT: As an advanced material surface modification technology, laser cladding uses laser beam with high energy density as the heat resource. By melting and solidifying the cladding material and substrate surface rapidly and simultaneously, the cladding layer with specific properties can be prepared on the substrate. Compared with other technologies, laser cladding has the advantages of high processing efficiency, low dilution rate, high bonding strength with substrate, high degree of收稿日期：2023-03-12；修订日期：2023-08-13Received：2023-03-12；Revised：2023-08-13基金项目：国家自然科学基金项目（51874091, 52101087）；教育部产学合作协同育人项目（220607018162819）；辽宁科技大学大学生创新创业训练计划项目（S202310146035）Fund：National Natural Science Foundation of China (51874091, 52101087); University-Industry Collaborative Education Program of Ministry of Education (220607018162819); Innovation and Entrepreneurship Training Program for College Students in University of Science and Technologly Liaoning (S202310146035)引文格式：李垭焓, 谭诚香, 李梦瑶, 等. 激光熔覆铁基合金涂层的研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(6): 11-27.LI Yahan, TAN Chengxiang, LI Mengyao, et al. Research Progress of Laser-cladding Fe-based Alloy Coating[J]. Surface Technology, 2024, 53(6): 11-27.*通信作者（Corresponding author）·12·表面技术 2024年3月automation and environmental friendliness, thus it has been successfully applied in machining, transportation, petrochemical and other fields. Among all kinds of cladding materials, Fe-based alloys are most similar to steel materials in composition, and their cost is relatively low compared with that of Ni-based and Co-based alloys. In recent years, Fe-based alloys have been widely used in the fields of surface strengthening and remanufacturing of equipment parts. Based on the latest studies in China and abroad, the research progress of laser cladding Fe-based alloy coatings is reviewed from the aspects of material system, process parameter, and application of external field auxiliary technology. Cladding materials play a crucial role in the properties of the coatings. The compatibility, wettability, chemical composition, and physical property differences between the cladding materials and substrate materials should be fully considered on the basis of working condition and performance requirement for selection of cladding materials. The characteristics and applications of various materials including Fe-based self-fluxing alloy powder, stainless steel powder, amorphous alloy powder, and Fe-based composite powder are summarized. The process parameters during the laser cladding process also play a significant role in the deposition rate, forming quality, phase composition, microstructure, and comprehensive properties of the coatings. The effect mechanisms of process parameters such as laser power, scanning speed, laser spot diameter, and powder feeding rate on the forming quality, microstructure, and properties of Fe-based coatings are systematically discussed. It is worth noting that actual laser cladding process is the interaction between multiple parameters, which can lead to a complex nonlinear relationship between the process parameters and quality of the cladding layers. Thus, the application of process parameter optimization in the preparation of high quality coatings is also introduced.Moreover, reasonable cladding material design and optimization of laser cladding process parameters can reduce the number of defects in the coating to a certain extent, but it is still difficult to completely eliminate the cracks in Fe-based coatings with high hardness. Meanwhile, the solidification characteristics of laser cladding through rapid heating and cooling can result in insufficient diffusion of elements in the molten pool, resulting in poor microstructure uniformity of the cladding layer, which ultimately affects its performance. Therefore, the applications of external field auxiliary technologies including ultrasonic vibration field, electromagnetic field, and temperature field in the laser cladding of Fe-based alloy coating are discussed in detail. The mechanism of external energy field on the melting pool and solidification structure during the laser cladding process is illustrated. Finally, the future development direction of laser cladding Fe-based alloy coating is prospected.KEY WORDS: laser cladding; Fe-based coating; research progress; material system; process parameter; external field auxiliary激光熔覆是一种先进的表面改性和修复技术，它利用高能量密度的激光束作为热源，通过将熔覆材料和基体材料快速熔化并凝固，在基体表面形成具有耐磨损、耐腐蚀等性能的强化层[1-2]。
激光熔覆Mo-Ni-Si复合涂层组织及性能
第31卷第2期2251年03月黑龙江科技大学学报Jonrnai of Heilongjianf University of Sciecco&TechnolopyVoO31No.6Mac,2021激光熔覆Mo-Nt-Si复合涂层组织及性能王永东1张宇鹏2，宫书林2，汤明日2(1.黑龙江科技大学教务处，哈尔滨174025；2.黑龙江科技大学材料科学与工程学院，哈尔滨174025)摘要：为提高Q235钢的耐磨性能，采用激光熔覆技术在其表面制备Mo-Nt-Si复合涂层。
利用XRD、SEM、显微硬度仪、磨损试验机等分析测试手段，研究了复合涂层的物相组成、宏观形貌、显微组织及耐磨性能。
结果表明：涂层成分不同，裂纹出现的倾向性不同；随着S质量分数的减少，裂纹倾向性随之减小；涂层组织呈枝晶状态分布，枝晶间距越来越细小，连贯性也越来越好。
成分为44Mo-40Ni-22Si复合涂层的显微硬度和耐磨性最佳。
关键词：Mo-Ni-Si涂层；激光熔覆；显微形貌；耐磨性；显微硬度doi：10.3969/j.22$0.0665-7262.2021.02.006中图分类号:TG14.4文章编号：2095-7262(2021)06-0132-05文献标志码：AMicrestrecture and performanee of loser claddingMo-Ni-Sn composite coati ngWag Yongdonj,ZUang Yupeng1,Gong SUulin2,Tang Mingri2(1.Academic Affairs Office,HeUoo/iana University of Sciecco&Techcology,Harbiv154022,Chma；2.Schooi oO Materiai Sciecco&Enaineeriny,Heilooajiana University of Sciecco&Techcology,Harbiv10026,China)Abstrocr：T his pdpec aims to improve the wcc resistanco of Q635steeC The improvemect is a-chieveC by pmpdbiif the Mo-Ni-Ci composite coatinf by lasco claCdinf technology;anf investigainf the ppase composition,macro-mopjhology,microstuicturo anf wcu resistanco of the composite coatinf usinf XRD,SEM,micro-Carbness testec and weac UsUc.The resnlts show that the crach tenfenco vvues with coatinf compositions,shugeshna that the decreash Si contect leaCs to the decreasea crach;the micro-stuicturo of the coatinf is distriVuteC as decnutc,mecninf that the smallcc decnutc spacinf gives the bettec cohemcco.The44Mo-44Ni-26Si composite coatinf boasts the best microharbness anf wecc resistanco2 Ker words：Mo-Ni-Ci coatinf；laser claCdinf；micromoo^holoay;aCrasion resistanco;microharb-ness收稿日期：2226-16-14第一作者简介：王永东(1572-),男，黑龙江省兰西人，教授，博士，研究方向：材料表面改性及连接技术,E-mait：*************第2期王永东，等:激光熔覆Mo_Ni-Si复合涂层组织及性能1850引言磨损是材料的主要失效形式之一，严重影响着产品的性能和使用寿命。
激光熔覆技术研究
熔覆材料应具有高的硬度、耐磨性、抗疲 劳性和抗冲击性。
激光熔覆材料的制备方法
粉末冶金法
将金属粉末、非金属粉末或复 合粉末按照一定的比例混合， 经过压制、烧结和熔炼等工艺
制备成熔覆材料。
热喷涂法
将熔覆材料加热至熔融状态，通 过高速气流将其喷射到基体表面 形成熔覆层。
激光熔覆法
将熔覆材料放置在基体表面，通过 激光照射使熔覆材料和基体表面同 时熔融，并快速凝固形成熔覆层。
激光熔覆技术可以制备多种涂层材 料，如合金、陶瓷等，以满足不同 材料的表面改性和修复需求。
激光熔覆技术可以控制涂层成分和 组织结构，以满足不同应用需求。
激光熔覆技术具有非接触式加热和 快速冷却等特点，可以减少工件变 形和热影响区，提高工件性能和精 度。
激光熔覆技术的应用范围
激光熔覆技术可以用于各种机 械零件的表面改性和修复，如 发动机、液压系统、传动系统 等。
激光熔覆层的力学性能
硬度
激光熔覆层的硬度通常比 基材高，这有助于提高材 料的耐磨性和耐腐蚀性。
韧性
激光熔覆层的韧性也得到 改善，降低了材料的脆性 ，提高了材料的抗疲劳性 能。
抗高温性能
由于激光熔覆层的熔点较 高，因此具有较好的抗高 温性能，可以在高温环境 下使用。
激光熔覆层的耐磨性能
耐磨性
01
激光熔覆层具有较好的耐磨性，可以有效地保护基材免受磨损
激光熔覆工艺中的问题及解决方法
气孔
气孔是激光熔覆中常见的缺陷之一，主要由熔池内气体 逸出形成。解决方法包括提高保护气体的纯度和流量， 降低熔池温度等。
裂纹
由于激光熔覆过程中熔池快速凝固，产生较大的内应力 ，可能导致裂纹产生。解决方法包括优化工艺参数，降 低冷却速度，增加涂层厚度等。
激光熔覆技术研究现状及应用
激光熔覆技术研究现状及应用谢玉萍;师文庆;黄江;李思东;安芬菊;李永强【摘要】在论述激光熔覆技术的原理、特点及所采用的主要材料的基础上,重点综述了激光熔覆技术的国内外研究与应用现状,指出了激光熔覆技术亟待解决的问题和进一步研究的方向.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】4页(P50-53)【关键词】激光;熔覆;研究现状【作者】谢玉萍;师文庆;黄江;李思东;安芬菊;李永强【作者单位】广东海洋大学电子与信息学院,广东湛江524088;广东海洋大学电子与信息学院,广东湛江524088;广东海洋大学电子与信息学院,广东湛江524088;广东海洋大学化学与环境学院,广东湛江524088;广东海洋大学机械与动力工程学院,广东湛江524088;广东海洋大学电子与信息学院,广东湛江524088【正文语种】中文【中图分类】TG174.44激光熔覆（Laser Cladding）技术是激光加工技术中一个重要的工艺方法，该技术解决了振动焊、氩弧焊、喷涂、镀层等传统工艺方法无法解决的选材局限性、工艺过程的热应力、热变形、基体材料结合强度难以保证等问题。
激光熔覆技术是对基础材料进行表面改性或者修复的技术，该技术方法不仅满足于基础材料的特定性能需求，而且又能节约大量的贵重金属。
近年来，激光熔覆技术越来越受到国内外的重视，已成功应用于船舶、电力、冶金、石化、机械、汽车、模具、五金等行业。
1.1 激光熔覆技术概念与特点激光熔覆技术的主要特点是以激光为作用热源，采用不同方式在被熔覆的基体靶材上添料特定的熔覆材料，经过激光热源的照射，使基体与表面熔覆层一起熔化，冷却凝固后形成冶金结合的表面涂层，从而改善基体材料表面，使之具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化等特殊应用性能。
激光熔覆技术与其他表面强化技术（如电刷镀、堆焊、热喷涂）相比较（见表1），具有：①冷却速度快（高达105~106 K/s）；②热源输入小，不易变形，涂层稀释率低（一般小于5%）；③合金粉末几乎没有任何限制；④熔覆层的厚度范围大；⑤可进行选区熔覆，材料消耗少；⑥光束可对复杂和难接近的区域进行激光熔覆等优异的特点。
激光熔覆技术
激光熔覆的两大主要作用
国外研究现状
• 国外对激光熔覆加工始于上世纪80年代，比我国早十年左右的时间，国外的研究主要集中在 下面三个地区： 1）欧洲（德国、英国、芬兰、法国、瑞典、葡萄牙） 2）北美（美国） 3）亚洲（日本、澳大利亚、新加坡）
国内研究现状
4.在激光熔覆过程中，添加某种金属元素，对特定合金组织形成的影响。 5.扫描速度对熔覆层硬度和厚度的影响。 6.激光熔覆制备金属基复合涂层以提高机械性能。 7.Mg表面熔覆金属材料涂层的机械性能。 8.激光熔覆设备的研究。
激光熔覆设备
激光熔覆工艺
• 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
参考文献
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• 成本的节约 例如：1.如果一个工件需要得到钛的性能，但是用钛合金材料制造整个工件成本又太高，有了 激光熔覆就可以把钢作为工件的材料，然后再工件上熔覆一层钛合金，这样就既节约了成本 又使工件具有钛的性能。 2.在电触头行业，在铜基体上激光熔覆厚度小于0.02mm粉末银涂层代替对人体有害的 电镀工艺，减少对贵重金属的浪费，生产效率大大提高。
激光表面改性的影响因素以及熔池温度的检测与进展
激光表面改性的影响因素以及熔池温度的检测与进展摘要：本文论述了激光表面改性的发展现状及趋势，激光表面改性的主要影响因素，以及国内外熔池温度的检测与控制的进展等问题。
1、激光表面改性简介激光表面改性是采用大功率密度的激光束，以非接触性的方式加热材料表面，借助于材料表面本身传导冷却，来实现其表面改性的工艺方法。
虽然激光加工技术始于20世纪60年代，但激光表面处理在大功率激光器的研制之后才获得了实际应用，并在近几年得到了迅速发展。
激光表面改性[1]是当前材料工程学科的重要方向之一，同时被誉为光加工时代的一个标志性技术,各国(尤其是发达国家)均予以重点发展。
其高效率、高效益、高增长及低消耗、无污染的特点，符合材料加工的发展需要。
经过多年研究和实际应用表明，和其它传统表面处理技术相比，激光表面工程技术具有以下一些优点：（1）可在零件表面形成细小均匀、层深可控、含有多种介于稳相和金属间化合物的高质量表面强化层。
可大幅度提高材料的表面硬度、耐磨性和耐腐蚀。
（2）强化层与零件本体形成最佳的冶金结合,解决许多传统表面强化技术难以解决的技术关键。
（3）激光束能量密度高，对非激光照射部位几乎没有影响，即热影响区小，工件热变形可由加工工艺控制到较小的程度，后续加工余量小。
有些加工件经激光处理后，甚至可直接投入使用。
（4）易于实现信息化、智能化, 可以引入近代计算机、机器人等高技术装备, 使激光束的产生及操纵信息化、智能化。
根据采用的不同的激光能量密度和不同的处理方式,激光表面改性技术中比较典型的方法有几种: 激光相变硬化、激光熔覆、激光表面熔凝、激光冲击强化、激光表面合金化等。
2、激光相变硬化工艺及其影响因素激光相变硬化(又称激光淬火)是激光热处理的一种，它是以激光为热源，通过高能量的激光束扫描工件，使工件表面极薄一层的小区域内快速吸收热量而温度急剧上升，工件材料表面内的温度在材料的熔点和奥氏体转变临界温度之问的部分发生固态相变，随后发生自淬火，得到马氏体组织，实现工件表面相变硬化。
合金激光表面改性的研究进展
现了 良好 的冶金 结 合 ， 覆层 横 截 面微 观 组 织 呈现 平 面 晶 、 熔 树 枝 晶和胞状 晶分布 ； 体 硬度 介 于 ２５ ２ ２８ ２ Ｖ 基 ０ ． ～ ７． Ｈ 之 间 ， 覆层硬 度介于 ６ ７ ５ ９６６ＨＶ 之 间 ， 基 体硬 度 熔 １． ～ ２． 是
节约 了成 本 ， 又满足 了工作 要求 。本文 综述 了激光 表 面改 性
观组织 和 结 构 。结 果 表 明 ， 金 化 涂 层 是 由 旷Ａ 、 ｌ ｉ 合 ｌＡ 。 。 Ｎ 、 Ｎ。 １ Ｎ 等 Ａ１ ｉ ｉ 、 ｉ Ａ Ａ１ ／ 相以 及少 量 Ｓ 相组 成 ， Ｎ ｉ 涂层 与 基 底之 间界 面两侧存 在 明显 的成分 变化 ， 合金 化 改性层 的 平均 显微 硬 度为 １９ ３ ｏ ， ７ ￣２３ ＨＶ． 比基底 Ａ－ｉ １ 合金 提高 了 ８ Ｈｖ． Ｓ ４ ０以 上 。耐磨 性对 比试验 的结果表 明 ， 镍合 金化 涂层 的表 面磨 损
ｓｓａ ｃ ｆａｌｙ ａ ｅｉ ｒ ｖ ｄ ｉｔｎ ｅｏ ｌ ｓｃ ｎｂ ｍｐ ｏ ｅ ． ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ａｌ ｙ ，ｌｓ ｒｓ ｒａ ｅｍｏ ｉ ｃ ｔ ｎ，ｗｅ ｒｒ ｓｓａ ｃ ，ｃ ｒ ｏ ｉｎ ｒ ｓｓ ａ ｃ ｌ ｓ ａ ｅ ｕ ｆ ｃ ｄｆ ａ ｉ ｏ ｉ ｏ ａ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｏ ｒ ｓｏ ｅ ｉｔ ｎ ｅ
针对 激光表 面改性 的研究 和开发 活动相 当活跃 。 根 据采用 的不 同激光能 量密 度和 不 同处理 方 式 ， 光表 激
层成分很均匀 ， 对皲裂和剥落等倾 向不敏感 。激光表面合金 化与激光熔覆有许 多相似之处 ， 但激光熔覆后 ， 基体成分基 本 上不进入 涂层 中 ， 激光表 面合金 化形 成 的表 面层是 合 金 而