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武漢武鋼華工激光大型裝備有限公司
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閱讀：175發(fā)布時間：2022-9-13
激光熔覆是一種表面改性技術(shù)，又叫激光熔敷或激光包覆，采用高能量激光作為熱源，合金粉末作為焊材，通過激光與合金粉末同步作用于金屬表面，快速熔化形成熔池，再快速凝固形成致密、均勻并且厚度可控的冶金結(jié)合層?？娠@著改善金屬表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能。
激光熔覆是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)冶金過程，激光參數(shù)的設(shè)置對熔覆層質(zhì)量的影響較大。除此之外，合金粉末的選擇也是重要的因素。
激光熔覆合金粉末按照材料成分構(gòu)成，主要分為自熔性合金粉末、復(fù)合粉末和陶瓷粉末。其中，自熔性合金粉末的研究與應(yīng)用最多。
一、自熔性合金粉末
自熔性合金粉末可以分為鐵基（Fe）、鎳基（Ni）、鈷基（Co）合金粉末，其主要特點是含有硼和硅，因而具有自脫氧和造渣性能；還含有較高的鉻，因而具有優(yōu)異的耐蝕性和抗氧化性。對碳鋼、不銹鋼、合金鋼、鑄鋼等多種基材有較好的適應(yīng)性，能獲得氧化物含量低、氣孔率小的熔覆層。
1、鐵基（Fe）自熔性合金粉末
鐵基自熔性合金粉末是材料來源廣泛、成本低且抗磨性能好。缺點是熔點高、抗氧化性差，熔覆層易開裂、易產(chǎn)生氣孔等。在鐵基合金粉末成分中，通過調(diào)整合金元素含量來調(diào)整涂層的硬度，并通過添加其它元素改善熔覆層的硬度、開裂敏感性和殘余奧氏體的含量，從而提高熔覆層的耐磨性和韌性。
2、鎳基（Ni）自熔性合金粉末
鎳基（Ni）自熔性合金粉末在滑動、沖擊磨損和磨粒磨損嚴重的條件下，單純的自熔性合金粉已不能勝任使用要求，此時可在自熔性合金粉末中加入各種高熔點的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物陶瓷顆粒，制成金屬復(fù)合涂層。
3、鈷基（Co）自熔性合金粉末
鈷基（Co）自熔性合金粉末具有優(yōu)良的耐熱、耐蝕、耐磨、抗沖擊和抗高溫氧化性能，常被應(yīng)用于石化、電力、冶金等工業(yè)領(lǐng)域。目前，鈷基合金所用的合金元素主要是鎳、碳、鉻和鐵等。其中，鎳元素可以降低鈷基合金熔覆層的熱膨脹系數(shù)，減小合金的熔化溫度區(qū)間，有效防止熔覆層產(chǎn)生裂紋，提高熔覆合金對基體的潤濕性。
二、復(fù)合材料
復(fù)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種高熔點硬質(zhì)陶瓷材料與金屬混合或復(fù)合而形成的粉末體系，可分為（Co、Ni）/WC等系列。它將金屬的強韌性、良好的工藝性和陶瓷材料優(yōu)異的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化特性有機結(jié)合起來，能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解，從而獲得具有很高耐磨和硬度的涂層。
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（氧化鋁和氧化鋯）為主。氧化鋯比氧化鋁陶瓷粉末具有更低的熱導(dǎo)性和更好的熱抗震性能，因而也常用于制備熱障涂層。
由于陶瓷粉末具有優(yōu)異的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化特性，所以它常被用于制備高溫耐磨耐蝕涂層。
不同熔覆材料的特點、價格以及熔覆后的性能差別較大，實際使用時可根據(jù)不同的加工需求選擇不同性能的合金粉末。
通過激光將合金粉末熔覆在工件表面（激光熔覆），可以在廉價金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，有效降低生產(chǎn)成本，節(jié)約貴重稀有金屬材料。與堆焊、熱噴涂、電鍍等傳統(tǒng)表面處理技術(shù)相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大、加工質(zhì)量高、可控性好（可實現(xiàn)三維自動加工）等優(yōu)點。
目前主要應(yīng)用于材料表面改性（如液壓立柱、軋輥、齒輪、燃汽輪機葉片等），產(chǎn)品表面修復(fù)（如因磨損而失效的轉(zhuǎn)子、模具、軸承內(nèi)孔等），修復(fù)后的部件強度可達原強度的90%以上，且修復(fù)費用不到產(chǎn)品換新成本的1/5，更重要的是縮短了維修時間，有效解決了大型企業(yè)重大成套設(shè)備轉(zhuǎn)動部件快速搶修難題。
端蓋內(nèi)孔修復(fù)
此外，對關(guān)鍵部件表面通過激光熔覆耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命。對模具表面進行激光熔覆處理，不僅提高模具強度，還可以降低2/3的制造成本，縮短4/5的制造周期。
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