激光熔覆是一種新型的涂層技術膛胜，是涉及到光次屠、機、電洲猿、材料、檢測與控制等多學科的高新技術齿贡，是激光先進制造技術最重要的支撐技術村会，可以解決傳統(tǒng)制造方法不能完成的難題。目前饮乃，激光熔覆技術已成為新材料制備泌拐、金屬零部件快速直接制造、失效金屬零部件綠色再制造的重要手段之一刀饥，已廣泛應用于航空威球、石油、汽車蒙拜、機械制造蜓浦、船舶制造、模具制造等行業(yè)误撤。
為推動激光熔覆技術的產業(yè)化绳拧，shijiegeguo的研究人員針對激光熔覆涉及到的關鍵技術進行了系統(tǒng)的研究，已取得了重大的進展猜丹。國內外有大量的研究和會議論文芝加、專利介紹激光熔覆技術及其最新的應用：包括激光熔覆設備、材料射窒、工藝藏杖、監(jiān)測與控制、質量檢測脉顿、過程的模擬與仿真等研究內容蝌麸。但到目前為止点寥，激光熔覆技術還不能大面積工業(yè)化應用。分析其原因祥楣，這里有政府導向的因素开财、激光熔覆技術本身成熟程度的限制汉柒、社會各界對激光熔覆技術的認可程度等因素误褪。因此，激光熔覆技術欲實現(xiàn)全面的工業(yè)化應用碾褂，必須加大宣傳力度兽间，以市場需求為導向，重點突破制約發(fā)展的關鍵因素达迁，解決工程應用中涉及到的關鍵技術寇羔，相信在不遠的將來，激光熔覆技術的應用領域及其強度將不斷的擴大仔约。
激光熔覆的優(yōu)勢
激光束的聚焦功率密度可達10~12甫页，作用于材料能獲得高達12K/s的冷卻速度，這種綜合特性不僅為材料科學新學科的生長提供了強有力的基礎淫韧，同時也為新型材料或新型功能表面的實現(xiàn)提供了一種前所未有的工具裸朱。激光熔覆所創(chuàng)造的熔體在高溫度梯度下遠離平衡態(tài)的快速冷卻條件，使凝固組織中形成大量過飽和固溶體嘿帆、介穩(wěn)相甚至新相龟付，已經被大量研究所證實。它提供了制造功能梯度原位自生顆粒增強復合層全新的熱力學和動力學條件泞氯。同時激光熔覆技術制備新材料是極端條件下失效零部件的修復與再制造凛茬、金屬零部件的直接制造的重要基礎，受到shijiegeguo科學界和企業(yè)的高度重視和多方面的研究薄塘。
目前掠恢，利用激光熔覆技術可以制備鐵基、鎳基悠垛、鈷基线定、鋁基、鈦基鼎文、鎂基等金屬基復合材料
渔肩。從功能上分類：可以制備單一或同時兼?zhèn)涠喾N功能的涂層如：耐磨損、耐腐蝕拇惋、耐高溫等以及特殊的功能性涂層周偎。從構成涂層的材料體系看，從二元合金體系發(fā)展到多元體系撑帖。多元體系的合金成分設計以及多功能性是今后激光熔覆制備新材料的重要發(fā)展方向蓉坎。
最新的研究表明澳眷，在我國工程應用中鋼鐵基的金屬材料占主導地位。同時蛉艾，金屬材料的失效（諸如腐蝕钳踊、磨損、疲勞等）大多發(fā)生零部件的工作表面勿侯，需要對表面進行強化拓瞪。為滿足工件的服役條件而采用大塊的原位自生顆粒增強鋼鐵基復合材料制造，不僅浪費材料诫痹，而且成本極高救咙。另一方面，從仿生學的角度考察天然生物材料寨今，其組成為外密內疏馅酪，性能為外硬內韌，且密—疏叼榄、硬—韌從外到內是梯度變化的乳侮，天然生物材料的特殊結構使其具有優(yōu)良的使用性能。根據工程上材料特殊的服役條件和性能的要求硼货，迫切需要開發(fā)強韌結合诉德、性能梯度變化的新型表層金屬基復合材料。因此踢臀，利用激光熔覆的方法制備與基材呈冶金結合的梯度功能原位自生顆粒增強金屬基復合材料不僅是工程實踐的迫切需要焙番，也是激光表面改性技術發(fā)展的必然趨勢。激光熔覆技術制備原位自生顆粒增強金屬基復合材料媚曾、功能梯度材料已有報道缔御，但大部分停留在組織、性能分析妇蛀，工藝參數(shù)的控制階段耕突，增強相的尺寸、間距和所占的體積比還不能達到可控制的水平评架，梯度功能是通過多層涂覆形成的眷茁，不可避免地在層與層之間存在界面弱結合的問題，距離實用還有相當長的路纵诞。利用激光熔覆技術制備顆粒大小上祈、數(shù)量、分布可控浙芙，強韌性適當匹配登刺，集梯度功能和原位自生顆粒增強為一體的金屬基表層復合材料是今后重要的發(fā)展方向。
● 熔覆材料成分嗡呼、組織纸俭、性能設計的技術皇耗、手段和原理及其工藝實現(xiàn)的控制技術。
● 激光熔覆制備功能梯度原位自生顆粒增強金屬基復合材料顆粒增強相析出终睦、長大和強化的熱力學和動力學模型的建立碘云。
● 顆粒增強相形態(tài)、結構否抛、功能和復合的仿生設計和尺寸拦腌、數(shù)量、分布的控制技術肛巫。
● 涂層成分据将、組織和性能梯度控制的原理咽露、關鍵因素和工藝方法的研究衅惠。
● 宏觀、微觀界面的觀察者只、分析控制和表征哗饭；功能梯度原位自生顆粒增強金屬基復合材料常規(guī)性能的分析和檢測以及不同工況下的磨損行為及失效機制。
這些研究內容的突破蔑懈，有可能解決涂層與基體相容性不匹配琉阱，易于產生裂紋的問題，促進激光熔覆技術應用領域的拓寬拐迁。
激光熔覆是由激光作為熱源蹭劈，在基底上包覆一層性能極為優(yōu)良的合金層，其性能將依照所處理零件的具體要求而定线召。激光熔覆方法的優(yōu)點是覆層組織細密铺韧、性能優(yōu)異、熱應力小缓淹、變形小以及無污染等哈打。其缺點也是很明顯的：需要很高功率的激光器、單道搭接掃描不適宜大面積處理讯壶，難于實現(xiàn)產業(yè)化等料仗。為解決這些難題，采用激光復合熔覆技術是有效的途徑之一伏蚊，也是今后發(fā)展的重要方向立轧。激光復合熔覆就是采用普通加熱方法，再加上激光復合加熱來完成熔覆處理工作躏吊。普通加熱方法根據需要可以是電加熱氛改、各類感應加熱等。
激光復合熔覆技術具有如下的特點
●“常規(guī)（如感應）＋激光”二者復合加熱熔覆是集兩種加熱工藝的優(yōu)點颜阐，同時克服了各自單一方法的不足盘塘，充分體現(xiàn)了優(yōu)勢互補的特點裤泄。
● 用常規(guī)方法輔佐了激光加熱，從而可以實現(xiàn)用較小功率的激光器完成由原來必需很高功率也不易完成的大面積熔覆告傻，是單一方法無論如何也不易做到的几崔。
● 激光復合熔覆技術擴大了常規(guī)技術的新的更廣應用，而對常規(guī)技術的采納又進一步促進了激光熔覆技術的應用和產業(yè)化的進程蝠题。
● 激光復合熔覆技術特別適用于細長桿類影塑，尺寸在一定范圍內的軸類等零件，如抽油泵柱塞殷宴、某些類型的軋輥及特殊用途的軸等徘繁。
目前，激光熔覆主要采用的是CO2氣體激光器窜货，用于大型零件的激光熔覆嘹券，見圖2和圖3，少部分采用YAG激光器末雪。YAG激光熔覆常采用脈沖激光熔覆犀村。最近的工程應用表明，采用YAG激光熔覆在小型零部件方面更有優(yōu)勢材彪。
發(fā)展的另一個重要的趨勢是采用高功率半導體激光器观挎，利用波長范圍808-965μm的紅光或近紅外激光，較CO2 激光器來看金屬易吸收段化，可省去前期預處理嘁捷，方便易操作。大功率半導體激光熔覆技術較其他熔覆方法具有顯著的優(yōu)勢显熏，見表1雄嚣。同時，半導體激光可以實現(xiàn)與同軸送粉一體化控制及應用光纖傳輸與擴束技術進行導光聚焦佃延，實現(xiàn)全封閉傳輸或光纖傳輸现诀，實現(xiàn)光、機履肃、電仔沿、粉、控一體化高度集成控制尺棋；與機器手（人）結合封锉，小型化，可實現(xiàn)移動在線服務嗽绑，滿足不同層次的需求假凿。可以預見，在傳統(tǒng)CO2 赫赊、YAG激光熔覆技術之外诞只，新型的大功率半導體激光熔覆設備與工藝，必將逐步發(fā)展起來并滿足高質量表面工程的需要剧胚，成為激光表面處理的重要組成部分包惹。
隨著激光熔覆技術的成熟與發(fā)展，陸續(xù)成功的應用于瓦楞輥的激光熔覆見圖4落六，缸套火焰環(huán)的激光熔覆直接制造見圖5箫乳，發(fā)動機部件修復見圖6等。實現(xiàn)了以激光為主要加工手段對各種金屬部件的幾何缺失民氏，按照原制造標準進行幾何尺寸的回復浊丑、性能的提升。隨著科學技術和工程技術的發(fā)展與需要久规，金屬部件工作的條件愈來愈苛刻湖笨，經常工作在高交變應力、高溫衍菱、高速赶么、高腐蝕等極端條件下。因此脊串，制造金屬部件的材料需要同時具有多種性能才能滿足零件特殊的服役條件。而且這些部件的制造成本清钥、制造周期長琼锋，一旦失效產生巨大的經濟損失和安全事故。如輪機裝備中祟昭，各類重要的部件如：葉片缕坎、轉子軸頸、閥桿篡悟、葉輪谜叹、閥門等；飛機發(fā)動機搬葬、內燃機部件等荷腊。這些工程上的技術難題，為激光熔覆技術提出了新的挑戰(zhàn)芜监。因此拾拄，如何解決極端條件下失效零部件的修復問題是十分迫切和復雜的，需要對極端條件下锦售，零部件的失效形式分析莺肘，剩余壽命進行評估，選擇合適的材料、工藝方法峭跺。因此装芬，以極端條件下關鍵零部件的強化與修復為切入點，系統(tǒng)研究激光熔覆強化與再制造技術新罗，通過若干關鍵技術的聯(lián)合攻關嗡深，獲得適合于極端條件下，各種零部件強化與修復的總體技術贸卦。
● 極端條件下惋肾，失效零部件修復（強化）前后，壽命評估技術诊胞；
● 極端條件下暖夭，失效零部件無損傷修復技術的研究；
● 極端條件下撵孤，失效零部件激光修復專用合金材料的研究迈着；
● 實體測量、三維實體堆積造型修復控制系統(tǒng)邪码、修復過程溫度裕菠、幾何尺寸和質量智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究；
● 專用的修復附屬裝備的研究闭专；
● 修復層性能測試技術及其加工技術的研究奴潘。
