激光熔覆修復(fù)技術(shù)是一種材料表面改性技術(shù)。它是利用激光高功率密度光束，由激光加工系統(tǒng)在數(shù)控控制下，在基體表面指定部位形成一層很薄的微熔層，通過(guò)預(yù)置或同步方式添加特定成分的自熔合金粉，如鎳基、鈷基和鐵基合金等，使它們以熔融狀態(tài)均勻地鋪展在零件表層并達(dá)到預(yù)定厚度，與微熔的基體金屬材料形成良好的冶金結(jié)合，并且相互間只有很小的稀釋度，在隨后的凝固過(guò)程中，在零件表面形成與基體完全不同的，具有預(yù)定特殊性能的功能熔覆材料層，從而可以完全改變材料表面性能，最終使得價(jià)廉的材料表面獲得極高的耐磨、耐蝕、耐高溫等性能。

按照材料添加方式的不同，激光熔覆的方法分為預(yù)置法和同步送粉法。預(yù)置法顧名思義就是預(yù)先將要涂層的材料通過(guò)噴涂或粘結(jié)等方式放置在預(yù)處理過(guò)的基材表面，然后通過(guò)激光束輻射進(jìn)行重熔后再做適當(dāng)?shù)臒崽幚?；同步送粉則是在預(yù)處理后的熔覆基材表面，將粉末直接噴涂在激光輻射所形成的移動(dòng)熔池上，涂層一次性成型。同步送粉是激光熔覆技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，可以充分利用激光能量，控制工藝參數(shù)，提高生產(chǎn)效率和覆層質(zhì)量。但是同步送粉對(duì)粉末的顆粒粒度、流動(dòng)性等方面也有要求，需要根據(jù)具體情況而定。

在激光熔覆的研究中，材料研究是一個(gè)重要方向，重在研究各種添加材料與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中零部件的相容性。

鐵基合金粉末適用于要求局部耐磨而且容易變形的零件。

鈷基合金粉末具有良好耐高溫性能，耐磨耐蝕也較強(qiáng)，常用于石化和冶金領(lǐng)域。

陶瓷材料在高溫下有較高的強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性高，常用于要求耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化性的零件。

由于單一材料在滑動(dòng)磨損、沖擊磨損和磨粒磨損嚴(yán)重的情況下會(huì)無(wú)法滿(mǎn)足使用工況的要求。因此，金屬涂層與陶瓷涂層的復(fù)合使用成為研究熱點(diǎn)，已有鋼、鈦合金及鋁合金表面激光熔覆多種陶瓷或金屬陶瓷涂層的研究。

與其他傳統(tǒng)表面處理技術(shù)相比，激光熔覆具有其特性和優(yōu)勢(shì)：

冷卻速度快（高達(dá)10＾6℃／s），屬于凝固過(guò)程，容易得到細(xì)晶組織或產(chǎn)生平衡態(tài)所無(wú)法得到的新相，如非穩(wěn)相、非晶態(tài)等；

涂層稀釋率小于5％，與基體呈牢固的冶金結(jié)合或界面擴(kuò)散結(jié)合，獲得涂層成分和稀釋度可控的良好熔覆層，保證性能不變質(zhì)；

采用高功率密度熔覆，加熱速度快，對(duì)基材的熱輸入、熱影響區(qū)和畸變較??；

粉末選擇幾乎沒(méi)有任何限制，可以在低熔點(diǎn)金屬表面熔敷高熔點(diǎn)合金；

熔覆層的厚度及硬度范圍大，且熔覆層微觀(guān)缺陷少，性能更優(yōu)；

工藝過(guò)程采用數(shù)控控制，無(wú)接觸處理，自動(dòng)化操作，方便、靈活，可控性強(qiáng)。

激光熔覆在工業(yè)中的典型應(yīng)用

激光熔覆這種修復(fù)與再制造的工藝，一是強(qiáng)化功能，可以通過(guò)熔覆層增強(qiáng)基材性能；二是修復(fù)功能，主要體現(xiàn)在修復(fù)材料表面的孔洞和裂紋，恢復(fù)已磨損零件的幾何尺寸和性能，對(duì)幾乎整個(gè)機(jī)械制造業(yè)有著非常大的應(yīng)用價(jià)值。

在石礦、化工、冶金、電力、水泥等機(jī)械設(shè)備行業(yè)中，燃機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸和葉片、軋輥軸頸、鋼廠(chǎng)的牌坊等會(huì)隨著使用時(shí)間而老化損壞。這些零部件由于長(zhǎng)期承受著燃?xì)飧邷?a target="_blank">高壓以及腐蝕介質(zhì)，加上體積負(fù)荷引起的機(jī)械應(yīng)力作用，損傷多數(shù)發(fā)生在表面或表面開(kāi)始，而失效模式主要是內(nèi)部金屬零部件的碎裂和開(kāi)裂、磨損或腐蝕嚴(yán)重至局部剝落。因此應(yīng)用激光熔覆技術(shù)強(qiáng)化零部件表面性能能夠有效延長(zhǎng)使用壽命，而在周期性檢修過(guò)程中，還可以通過(guò)表面再制造技術(shù)對(duì)受損部位進(jìn)行補(bǔ)救。

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子修復(fù)

對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，失效部位常發(fā)生在熱端部件，如轉(zhuǎn)子、葉片和噴嘴。其發(fā)生在葉片根部的斷裂是不可修復(fù)型，而發(fā)生在葉片端面或根部的損傷便可通過(guò)修復(fù)后實(shí)現(xiàn)再利用。再者，用于發(fā)電機(jī)組的葉片往往造價(jià)極高，將修復(fù)后的葉片重裝再利用，將大大地降低電廠(chǎng)的發(fā)電成本。

在汽車(chē)制造行業(yè)，20世紀(jì)80年開(kāi)始，歐美日俄以及中國(guó)等國(guó)家就已開(kāi)始運(yùn)用激光熔覆來(lái)強(qiáng)化汽車(chē)零部件。通過(guò)此技術(shù)，達(dá)到了節(jié)約昂貴合金材料，降低生產(chǎn)成本的目的。同樣汽車(chē)模具在使用中的磨損、腐蝕、接觸疲勞而導(dǎo)致的失效也可以通過(guò)該技術(shù)煥發(fā)新生。

總之，不論是零件在服役前的表面強(qiáng)化，還是服役后發(fā)生故障進(jìn)行修復(fù)，其傳統(tǒng)的加工方式主要有表面淬火、表面滲碳或滲氮、熱噴涂、堆焊等。隨著加工技術(shù)的不斷升級(jí)和改進(jìn)，激光移動(dòng)再制造技術(shù)（激光熔覆）逐漸得到廣泛應(yīng)用。

亞琛聯(lián)合科技作為Fraunhofer ILT的孵化企業(yè)，率先將超高速激光熔覆技術(shù)引進(jìn)中國(guó)市場(chǎng)，與Fraunhofer ILT緊密合作對(duì)超高速激光熔覆進(jìn)行技術(shù)產(chǎn)業(yè)化升級(jí)，不斷完善工藝水平，提升其核心部件的功能性，如送粉噴嘴的耐用性、送粉精度、高送粉量、粉末利用率等。在Fraunhofer ILT原有高精度同軸送粉噴嘴的基礎(chǔ)上進(jìn)行改型，正式推出高效、高匯聚性送粉噴嘴，送粉效率可達(dá)5kg／hr以上，粉末利用率高達(dá)95％。而其特殊的模塊化設(shè)計(jì)，大大降低了使用成本，使損耗件的更換變得異常簡(jiǎn)單，同時(shí)保證了工藝的可重復(fù)性，噴嘴尺寸也可根據(jù)維修位置進(jìn)行靈活調(diào)整。新開(kāi)發(fā)的超高速激光熔覆加工頭，通過(guò)特殊的光路調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)光－粉在空間的最理想交互，使得粉末熔化更加穩(wěn)定、能量利用更加高效。

審核編輯 黃昊宇