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衡态所无法得到的新相，如非稳相、非晶态等。 （2）涂层稀释率低（一般小于5%），与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，通
过对激光工艺参数的调整，可以获得低稀释率的良好涂层，并且涂层成分和稀释 度可控； （3）热输入和畸变较小，尤其是采用高功率密度快速熔覆时，变形可降低到零件的 装配公差内。 （4）粉末选择几乎没有任何限制，特别是在低熔点金属表面熔敷高熔点合金； （5）熔覆层的厚度范围大，单道送粉一次涂覆厚度在0.2-2.0mm， （6）能进行选区熔敷，材料消耗少，具有卓越的性能价格比； （7）光束瞄准可以使难以接近的区域熔敷； （8）工艺过程易于实现自动化。
激光熔覆技术
Βιβλιοθήκη Baidu
固体激光实验室
2011年9月11日
激光熔覆技术的定义
激光熔覆技术
是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂 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，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善 基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法， 从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能 的要求，又节约了大量的贵重元素。
空压机转子轴承修复中
抛锚机传动轴熔覆修复
桨叶激光熔覆强化
激光熔覆技术的工艺
熔覆材料：目前应用广泛的激光熔覆材料主要有：镍 基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料。其中，又以 镍基材料应用最多，与钴基材料相比，其价格便宜。
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。
激光熔覆技术的工艺
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 。
2，金属对CO2，Nd：YAG激光的吸收率
在激光熔覆与加工过程中，金属激光能量的吸收是一个十分重要的参数。 下表为几种金属对激光的吸收率：
金属材 料
Al Cu Fe Ne Ti 碳钢 不锈钢
CO2激光
1.86 1.55 3.07 4.70 8.13 2.75 9.72
室温 Nd：YAG激光
5.88 4.89 9.71 14.88 25.70 8.69 30.72
激光熔覆技术的作用
对材料的表面改性（表面改性：是指在保持材料或制品原性能的
前提下，赋予其表面新的性能，如亲水性、生物相容性、抗静电性能、 染色性能、防氧化性等 ） 如燃汽轮机叶片，轧辊，齿轮等；
轧锟磨损修复
零件的抗氧化性熔覆
食品加工设备耐腐 蚀熔覆
激光熔覆技术的作用
对产品的表面修复
如转子，模具等。有关资料表明，修复后的部件强度可达到原强度的90%以上 ，其修复费用不到重置价格的1/5，更重要的是缩短了维修时间，解决了大型企业 重大成套设备连续可靠运行所必须解决的转动部件快速抢修难题。另外，对关键 部件表面通过激光熔覆超耐磨抗蚀合金，可以在零部件表面不变形的情况下大大 提高零部件的使用寿命；对模具表面进行激光熔覆处理，不仅提高模具强度，还 可以降低2/3的制造成本，缩短4/5的制造周期。
CO2激光
6.4 5.1 13.0 10.3 13.7 12.13 14.6
熔点 Nd：YAG激光
20.2 16.2 41.1 32.6 43.3 8.2 44.2
激光器的选用
从上表可知，金属表面对激光的吸收率随激光波长的增加而减少 ，则金属表面对激光的吸收率的大小依次为Nd：YAG激光>CO2激光
激光熔覆技术的设备
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、计算机等。
激光器的选用
激光器的选用：
目前应用广泛的有CO2激光器、固体激光器Nd：YAG。
基本参数对比
1， CO2， Nd:YAG激光器的输出特性：
激光器
波长/um 输出方式
CO2激光器
10.6 PW/CW
Nd:YAG激光器 1.06 PW/CW
PW-脉冲式 CW-连续式
脉冲宽度/ms 0.1-100 0.01-10
输出能量
PW:几个焦耳 CW：几十-几
千焦 PW：几个-几
百焦耳 CW：几十-几
千焦
输出最大 功率密度 10的6次
方
10的6次 方
激光器的选用
由上表可知，激光的输出能量有脉冲式和连续式两种类型。Nd：YAG激光相 对CO2激光温度升的快，需要激光的能量少，热影响区和热变形区小，处理层 冷却速度快，温度梯度大，所以激光产生的热影响区和热变形区一次是：YAG 激光<CO2激光
综上所述：
（1）CO2激光器适用于大功率、大尺寸精度要求较低的加工和熔覆 领域，Nd：YAG激光适用于中小功率、中小尺寸、精度要求较 高的加工和熔覆领域。
（2）Nd:YAG激光比CO2激光更适用于激光熔覆和激光直接接触金属 快速制造领域。
激激光光熔熔覆覆术技的术应的用应用—航空领域
（质 存复这钛量在1方种）合比许激激油 一面技光多金、航，术光领 定熔不在耐激生空覆熔航热足域 的光产领技空和之熔效敷术应、域航耐处覆率不技可高用天腐磨，仅以，如领蚀术能。具获环域的摩用在得境和广 零擦于污高航泛 部加因轧染硬工使 件数小度空锟零用 ，大，、部航领，， 同属耐件主 时耐于磨天域，绿、要钛磨而领、色耐用性合且加蚀域来金差生能工、制在等用、技耐物于造。应术高汽修领用如高。温复过的果车的域零R程强在材o领部l等中度钛料l件s域表R也/合方。o面y在c、面。e修石有
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，因此，世界上各工业先进国家对 激光熔覆技术的研究及应用都非常重视.
激光熔覆技术的优点
氧-乙炔火焰熔覆 感应熔覆 氩弧熔覆 等离子弧熔覆 激光熔覆 以上5种熔覆的方法，激光熔覆技术最为突出，也是研究最多的。其优点为： （1）冷却速度快（高达106K/s），属于快速凝固过程，容易得到细晶组织或产生平
过对激光工艺参数的调整，可以获得低稀释率的良好涂层，并且涂层成分和稀释 度可控； （3）热输入和畸变较小，尤其是采用高功率密度快速熔覆时，变形可降低到零件的 装配公差内。 （4）粉末选择几乎没有任何限制，特别是在低熔点金属表面熔敷高熔点合金； （5）熔覆层的厚度范围大，单道送粉一次涂覆厚度在0.2-2.0mm， （6）能进行选区熔敷，材料消耗少，具有卓越的性能价格比； （7）光束瞄准可以使难以接近的区域熔敷； （8）工艺过程易于实现自动化。
激光熔覆技术
Βιβλιοθήκη Baidu
固体激光实验室
2011年9月11日
激光熔覆技术的定义
激光熔覆技术
是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂 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，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善 基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法， 从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能 的要求，又节约了大量的贵重元素。
空压机转子轴承修复中
抛锚机传动轴熔覆修复
桨叶激光熔覆强化
激光熔覆技术的工艺
熔覆材料：目前应用广泛的激光熔覆材料主要有：镍 基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料。其中，又以 镍基材料应用最多，与钴基材料相比，其价格便宜。
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。
激光熔覆技术的工艺
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 。
2，金属对CO2，Nd：YAG激光的吸收率
在激光熔覆与加工过程中，金属激光能量的吸收是一个十分重要的参数。 下表为几种金属对激光的吸收率：
金属材 料
Al Cu Fe Ne Ti 碳钢 不锈钢
CO2激光
1.86 1.55 3.07 4.70 8.13 2.75 9.72
室温 Nd：YAG激光
5.88 4.89 9.71 14.88 25.70 8.69 30.72
激光熔覆技术的作用
对材料的表面改性（表面改性：是指在保持材料或制品原性能的
前提下，赋予其表面新的性能，如亲水性、生物相容性、抗静电性能、 染色性能、防氧化性等 ） 如燃汽轮机叶片，轧辊，齿轮等；
轧锟磨损修复
零件的抗氧化性熔覆
食品加工设备耐腐 蚀熔覆
激光熔覆技术的作用
对产品的表面修复
如转子，模具等。有关资料表明，修复后的部件强度可达到原强度的90%以上 ，其修复费用不到重置价格的1/5，更重要的是缩短了维修时间，解决了大型企业 重大成套设备连续可靠运行所必须解决的转动部件快速抢修难题。另外，对关键 部件表面通过激光熔覆超耐磨抗蚀合金，可以在零部件表面不变形的情况下大大 提高零部件的使用寿命；对模具表面进行激光熔覆处理，不仅提高模具强度，还 可以降低2/3的制造成本，缩短4/5的制造周期。
CO2激光
6.4 5.1 13.0 10.3 13.7 12.13 14.6
熔点 Nd：YAG激光
20.2 16.2 41.1 32.6 43.3 8.2 44.2
激光器的选用
从上表可知，金属表面对激光的吸收率随激光波长的增加而减少 ，则金属表面对激光的吸收率的大小依次为Nd：YAG激光>CO2激光
激光熔覆技术的设备
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、计算机等。
激光器的选用
激光器的选用：
目前应用广泛的有CO2激光器、固体激光器Nd：YAG。
基本参数对比
1， CO2， Nd:YAG激光器的输出特性：
激光器
波长/um 输出方式
CO2激光器
10.6 PW/CW
Nd:YAG激光器 1.06 PW/CW
PW-脉冲式 CW-连续式
脉冲宽度/ms 0.1-100 0.01-10
输出能量
PW:几个焦耳 CW：几十-几
千焦 PW：几个-几
百焦耳 CW：几十-几
千焦
输出最大 功率密度 10的6次
方
10的6次 方
激光器的选用
由上表可知，激光的输出能量有脉冲式和连续式两种类型。Nd：YAG激光相 对CO2激光温度升的快，需要激光的能量少，热影响区和热变形区小，处理层 冷却速度快，温度梯度大，所以激光产生的热影响区和热变形区一次是：YAG 激光<CO2激光
综上所述：
（1）CO2激光器适用于大功率、大尺寸精度要求较低的加工和熔覆 领域，Nd：YAG激光适用于中小功率、中小尺寸、精度要求较 高的加工和熔覆领域。
（2）Nd:YAG激光比CO2激光更适用于激光熔覆和激光直接接触金属 快速制造领域。
激激光光熔熔覆覆术技的术应的用应用—航空领域
（质 存复这钛量在1方种）合比许激激油 一面技光多金、航，术光领 定熔不在耐激生空覆熔航热足域 的光产领技空和之熔效敷术应、域航耐处覆率不技可高用天腐磨，仅以，如领蚀术能。具获环域的摩用在得境和广 零擦于污高航泛 部加因轧染硬工使 件数小度空锟零用 ，大，、部航领，， 同属耐件主 时耐于磨天域，绿、要钛磨而领、色耐用性合且加蚀域来金差生能工、制在等用、技耐物于造。应术高汽修领用如高。温复过的果车的域零R程强在材o领部l等中度钛料l件s域表R也/合方。o面y在c、面。e修石有
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，因此，世界上各工业先进国家对 激光熔覆技术的研究及应用都非常重视.
激光熔覆技术的优点
氧-乙炔火焰熔覆 感应熔覆 氩弧熔覆 等离子弧熔覆 激光熔覆 以上5种熔覆的方法，激光熔覆技术最为突出，也是研究最多的。其优点为： （1）冷却速度快（高达106K/s），属于快速凝固过程，容易得到细晶组织或产生平