激光熔覆工藝研究現狀及發展

楊曉倩，李亞江，馬群雙，王娟

(山東大學材料液固結構演變及加工教育部重點實驗室，山東 濟南250061)

0 前言

激光熔覆技術興于20世紀70年代，是通過不同的添料方式，并利用高能密度激光束使基材表面添加熔覆材料與基材表層一起快速熔凝，形成與基材表面冶金結合良好涂層的表面改性技術。與傳統的化學熱處理(滲氮、滲碳、滲金屬)、電鍍、堆焊、噴涂等相比，該技術具有熔覆層晶粒細小、結構致密及稀釋率低等一系列優點，目前在航空航天、模具、石油化工等行業成為表面工程領域研究發展的熱點。

激光熔覆是一個復雜的物理、化學冶金過程，傳統的熔覆工藝面臨著熔覆層開裂敏感性高，易產生氣孔及效率較低等問題。裂紋現象和行為牽涉到激光熔覆的很多方面，熔覆工藝是決定熔覆質量及效率的關鍵因素，深入研究工藝特性對于該技術在工業中的應用具有實際的指導意義。

1 激光器的發展

激光器是將其他能量轉換為激光的器件，是激光熔覆加工系統的核心組件。自1917年愛因斯坦提出“受激輻射”的概念，奠定激光的理論基礎，到19世紀60年代紅寶石、氦氖、砷化鎵半導體及染料等激光器的相繼問世，激光器的發展進入了一個嶄新的階段。激光器的種類繁多，按工作方式分為連續型和脈沖型，按工作介質分為4 類，激光器類型及特點如表1所示。

針對激光熔覆技術，目前廣泛應用的激光器主要是橫流CO2激光器和YAG激光器。YAG激光器的輸出波長為1.06 μm，較CO2激光波長小一個數量級。……