激光熔覆制備復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

朱福棟 朱必云

摘 要：在當(dāng)前的工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，激光熔覆技術(shù)是一項(xiàng)較為先進(jìn)的制備復(fù)合材料的技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，激光熔覆制備復(fù)合材料技術(shù)能夠發(fā)揮出十分良好的效果，制備出來(lái)的復(fù)合材料也具有較為良好的性能。但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，該技術(shù)仍然存在著一定的問(wèn)題，需要進(jìn)行進(jìn)一步的改善和優(yōu)化。基于此，本文對(duì)激光熔覆制備復(fù)合材料的基本原理、主要優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用問(wèn)題、以及其未來(lái)的發(fā)展前景進(jìn)行了分析和研究，以期能夠推動(dòng)激光熔覆技術(shù)的更高發(fā)展。

關(guān)鍵詞：激光熔覆；制備復(fù)合材料；研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

中圖分類(lèi)號(hào)：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

所謂熔覆，是一種基于焊接技術(shù)發(fā)展出來(lái)的一種連接技術(shù)，能夠?qū)⒉煌牟牧线B接在一起，形成一種新型的復(fù)合材料，具備更為優(yōu)良的性狀和性能。利用不同金屬材料之間的不同熔點(diǎn)，通過(guò)加熱處理和一些其它工藝的處理，使熔覆材料熔化，然后迅速凝固，從而實(shí)現(xiàn)與基體材料之間的牢固結(jié)合。通過(guò)激光熔覆技術(shù)制備復(fù)合材料，能夠極大的提升材料的整體性能，從而滿(mǎn)足更高的應(yīng)用需求。

一、激光熔覆制備復(fù)合材料的基本原理

激光熔覆技術(shù)是一種較為先進(jìn)的加工技術(shù)，其指的是對(duì)不同金屬材料之間進(jìn)行冶金結(jié)合，從而強(qiáng)化基體材料的表面性能。在實(shí)際工作當(dāng)中，對(duì)基體金屬表面利用能量密度較高的激光束進(jìn)行照射。通過(guò)這種方式使材料迅速的熔化、擴(kuò)展、凝固，從而在基體材料表面形成冶金結(jié)合的材料，提升材料的力學(xué)性能、化學(xué)性能和物理性能，增強(qiáng)基體材料表面的耐腐蝕、抗氧化、耐磨、耐熱等方面的能力。

在激光熔覆制備復(fù)合材料采用的工藝方法中，根據(jù)不同的激光熔覆填料方式，主要可以分為同步送粉法、預(yù)置法等。其中，同步送粉法主要是在基體表面上，同步放置激光束和熔覆材料，同時(shí)進(jìn)行熔覆和供料的操作。在同步送粉法當(dāng)中，主要的熔覆材料是粉末，同時(shí)也可采用薄板材、線(xiàn)材等進(jìn)行同步送料。而在預(yù)置法當(dāng)中，是先在基體材料表面中的熔覆部位上放置熔覆材料，然后利用激光束對(duì)其進(jìn)行掃描照射，使其迅速熔化、凝固[1]。通過(guò)這種方式，在基體材料表面，就熔覆上了熔覆材料。在預(yù)置法當(dāng)中，通常采用板材、絲材、粉末等形式來(lái)添加熔覆材料，而粉末形式則是最為主要的形式。

二、激光熔覆制備復(fù)合材料的主要優(yōu)勢(shì)

與其它的涂層技術(shù)相比，激光熔覆制備復(fù)合材料有著很多方面的優(yōu)勢(shì)。在激光的強(qiáng)烈作用下，在基體材料和熔覆材料當(dāng)中，其表層能夠在小范圍內(nèi)迅速的進(jìn)行熔覆。該技術(shù)對(duì)基體材料只具有很小的熱影響區(qū)域，不容易引發(fā)熔覆工件的形變，因而具有很高的熔覆成品率。通過(guò)激光熔覆制備的復(fù)合材料，在熔覆層當(dāng)中具有細(xì)小彌散的晶粒，能夠使熔覆層的硬度得到極大的提升。同時(shí)，還能夠有效的提高材料的耐腐蝕性能和耐磨性能，對(duì)于基體材料的表面性能有著極大的優(yōu)化和改善作用。由于該技術(shù)采用了高能激光束，具有很短的作用時(shí)間，并且熔覆層只產(chǎn)生較低的稀釋率，因此基體材料只會(huì)發(fā)生很小量的熔化。

為了能夠進(jìn)一步提升材料表面的性能，可以將材料表面的熔覆率進(jìn)行降低，以實(shí)現(xiàn)在耗材較低的情況下，取得更高的效益和效果。尤其是在熔點(diǎn)較低的金屬表面，對(duì)熔點(diǎn)較高的合金進(jìn)行熔覆時(shí)，激光熔覆技術(shù)是最適合不過(guò)的。由此可見(jiàn)，激光熔覆制備復(fù)合材料具有十分廣泛的熔覆層材料選擇范圍。此外，激光熔覆制備復(fù)合材料還能夠輕易的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，從而得到表面性能更加穩(wěn)定的熔覆材料，對(duì)于熔覆的厚度、成分等參數(shù)，也更加容易進(jìn)行控制。

三、激光熔覆制備復(fù)合材料的應(yīng)用問(wèn)題

激光熔覆制備復(fù)合材料經(jīng)過(guò)數(shù)十年的不斷發(fā)展和研究，目前已經(jīng)在很多工業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中得到了良好的應(yīng)用，例如航空航天、石油鉆采機(jī)械、生物醫(yī)用、模具軋輥表面改性處理、汽車(chē)制造等領(lǐng)域。但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，仍然存在著很多的問(wèn)題。在評(píng)價(jià)激光熔覆制備復(fù)合材料質(zhì)量的過(guò)程中，首先要檢測(cè)材料的外觀形貌、裂紋、稀釋率、氣孔、表面不平度等問(wèn)題。然后需要對(duì)材料的性能、熔覆值等進(jìn)行檢測(cè)。而在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，熔覆層質(zhì)量的控制具有較大的難度，非常容易產(chǎn)生裂紋。對(duì)此，基材熱膨脹系數(shù)、熔覆層熱膨脹系數(shù)，以及二者之間的匹配問(wèn)題十分重要。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇與分配。通常來(lái)說(shuō)，在基體材料和熔覆層之間，應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足熱膨脹系數(shù)的同一性原則，也就是說(shuō)在二者之間，熱膨脹系數(shù)應(yīng)當(dāng)無(wú)限接近，這樣才能夠有效的避免激光熔覆層的剝落和裂紋現(xiàn)象。

四、激光熔覆植被復(fù)合材料的發(fā)展前景

對(duì)于當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中的表面處理技術(shù)來(lái)說(shuō)，激光熔覆技術(shù)是一種十分良好的技術(shù)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的不斷發(fā)展和應(yīng)用，也取得了很大的成果。但是在實(shí)際應(yīng)用中，仍然面臨著很多位置的問(wèn)題，例如熔覆層殘余應(yīng)力及裂紋、熔覆技術(shù)自動(dòng)化與信息化、熔覆材料選取規(guī)則設(shè)計(jì)、數(shù)值分析理論模型建立、以及相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究等問(wèn)題，都需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究和探討。

結(jié)語(yǔ)

激光熔覆技術(shù)是一種十分高效的復(fù)合材料制備技術(shù)，通過(guò)激光束照射的方式，使材料迅速熔化，然后凝固，從而熔覆在基體材料表面當(dāng)中，形成性能良好的復(fù)合材料。不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中，激光熔覆制備復(fù)合材料仍然存在著一定的問(wèn)題，因此需要不斷的對(duì)其進(jìn)行研究和完善，從而使其能夠發(fā)揮出更為良好的效果。

參考文獻(xiàn)

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