激光熔覆技術綜述

趙月紅 趙新紅

◆摘? 要：激光熔覆主要是通過改進表面性能，如強度、導電性、抗磨性與抗蝕性等，使材料通過激光熔覆技術獲得基材所缺少的優異性能，從而使材料的應用更深、更廣。激光熔覆是一種新興的表面改性技術，論述了激光熔覆技術及其發展過程，從基體材料和熔覆材料兩方面研究了激光熔覆技術的研究現狀。

◆關鍵詞：激光熔覆;熔覆層;基體

激光熔覆是指在基材表面熔覆一層復合涂層，對基體材料表面性質進行改善的新技術，利用的是激光的高能量使熔覆粉末與基體之間形成冶金結合達到性能要求，熔覆后的表面涂層性能可以根據性能要求利用不同的熔覆粉末，最終達到力學性能與物理性能的改進。激光熔覆具有稀釋度低、組織致密性好、涂層與基體達到冶金結合等特點，因此激光熔覆技術應用前景十分廣闊。利用激光熔覆制造新型材料，已成為近年來的研究熱點。

一、激光熔覆技術的發展過程

激光熔覆技術的發展經歷了近半個世紀，早期激光熔覆技術主要集中在激光熔覆特性、不同材料與基體組合的激光熔覆工藝及參數、激光熔覆層的微光組織結構和金相分析、激光熔覆層的性能、熔覆層缺陷以及激光熔覆應用等方面研究;現代激光熔覆主要集中在激光熔覆基礎理論和模型，激光熔覆高性能送粉和噴嘴，用激光熔覆制備新材料，基于激光熔覆的快速成形與制造技術等領域的研究。

我國對激光熔覆技術的研究始于上世紀90年代初期，研究方法不斷改進并得到了很大的提高，主要進行的研究方向如下：1.激光工藝參數對熔覆層性能的影響。2.激光熔覆過程中添加稀土氧化物對涂層組織性能的影響。3.激光熔覆陶瓷顆粒相增強熔覆層強度。

二、激光熔覆技術的研究現狀

激光熔覆技術在諸多的材料如鈦合金、合金鋼、模具鋼以及各種有色金屬等材料有了廣泛的應用。

激光熔覆材料是用于制備涂層的，并制約涂層特性。材料的改變將直接影響涂層的使用性能，因此熔覆層材料的開發始終是研究的重點。現在激光熔覆材料主要有自溶性合金粉末、復合粉末和陶瓷粉末。

目前應用最廣的激光熔覆自熔性合金粉末主要有：Ni基、Fe基、Co基三種合金粉末。在鑄鐵表面激光熔覆鎳基復合涂層，所得到的涂層的稀釋率比鑄鐵稀釋率低，雖然鎳基涂層比鑄鐵硬度顯著提高，但是涂層和基體的彈性模量是相似的。

三、激光熔覆技術前景展望

激光熔覆技術作為一種新興的表面改性技術，已經成為當今的研究熱點，熔覆材料的研究方向正轉向陶瓷增強金屬基復合材料體系。ZrB2-SiC復合陶瓷具有優良的抗氧化性和強度以及抗熱震性。關于ZrB2-SiC的研究已經有了很多，但是多為在溶液或者熱壓的條件下制備，制備的工藝比較復雜，而且制備出的多為混合的粉體。目前關于激光熔覆制備ZrB2-SiC復合的涂層材料的研究還比較少。

參考文獻

[1] Amuda M O H， Akinlabi E T. Trend and development in laser surface modification for enhanced materials properties[J]. Advanced Manufacturing Techniques Using Laser Material Processing， 2016： 92.

[2] Shen Y， Guan Y， Bai S， et al. Development status and prospects of laser cladding technology[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool， 2011， 45（10）： 21-24.

[3] Chen J L，Li J，Song R，Bai L L，Shao J Z，Qu C C.Effect of the scanning speed on microstructuring Technology & Machin Tool，2011，45（10）：21-24.

[4] Wang W J，Fu Z K，Cao X，et al.The role of lanthanum oxide on wear and contact fatigue damage resistance of laser cladding Fe-based alloy coating under oil lubrication condition[J].Tribology International，2016，94：470-478.

[5] Liu K，Li Y，Wang J，et al.In-situ synthesized Ni-Zr intermetallic/ceramic reinforced composite coatings on zirconium substrate by high power diode laser[J].Journal of Alloys and Compounds，2015，624：234-240.

[6] Arias-González F， del Val J， Comesa?a R， et al. Fiber laser cladding of nickel-based alloy on cast iron[J]. Applied Surface Science， 2016， 374： 197-205.

[7] Fu Z K， Ding H H， Wang W J， et al. Investigation on microstructure and wear characteristic of laser cladding Fe-based alloy on wheel/rail materials[J]. Wear， 2015， 330： 592-599.

[8] Ding L， Hu S， Quan X， et al. Effect of VN alloy addition on the microstructure and wear resistance of Co-based alloy coatings[J]. Journal of Alloys and Compounds， 2016， 659： 8-14.

[9] Sun R L， Liu Y， Yang D Z. Microstructure and tribological properties of NiCrBSi-TiC laser clad layer on titanium alloy substrate[J]. Chinese Journal of Lasers， 2003， 30： 659-662.

[10] Katakam S， Asiamah N， Santhanakrishnan S， et al. Laser in-situ synthesis of TiB2-Al composite coating for improved wear performance[J]. Surface & Coatings Technology， 2013， 236（24）： 200-206.

[11] Lv Z H， Jiang D L， Zhang J X， et al. Microstructure and Thermal Shock Resistance of ZrB2 and ZrB2-20vol% SiC Compositesfrom Aqueous Tape Casting[J]. Journal of Inorganic Materials， 2011， 26（3）：244-248.

本文是秦皇島市科技局課題《基于激光熔覆技術在純銅表面原位合成TiB2-MoB2- SiC復合材料性能的研究》的研究成果，課題編號：201902A023。