金属热喷涂技术及常规激光熔覆与激光高速熔覆的优缺点

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金属热喷涂技术及常规激光熔覆与激光高速熔覆的优缺点

来源: | 作者:辉锐集团 | 发布时间: 2021-04-23 | 2226 次浏览 | 分享到:

随着工业的发展，机械表面腐蚀磨损情况成为制约工业生产的重要问题，如何增强机械的表面强度，成为工业发展中比较关注的问题之一。表面修复强化技术很多，其中，金属热喷涂技术与激光熔覆技术是比较常用的修复技术。

金属表面强化是利用激光束将合金材料喷涂（熔覆）在基材表面，得到具有与基体材料不同成分和性能的合金涂层。利用激光技术可以进行表面喷涂，也可以进行表面熔覆，热喷涂与激光熔覆的主要区别在于：
热喷涂技术是利用激光束将涂层材料加热至熔融状态，再由压缩气体加速喷射到基材表面，经过沉积形成金属涂层，其主要特点如下：
1、涂层结合强度、致密度高；
2、涂层表面粗糙度低；
3、喷涂效率比较高，操作方便；
4、具有较强的化学稳定性能。

激光熔覆是将涂层材料与基材表面熔化，并且快速凝固的过程，熔覆层与基体材料表面形成冶金结合，形成修复层，其主要特点如下：
1、冷却速度快；
2、涂层稀释率低；
3、热输入和畸变较小；
4、熔覆层的厚度范围比较大；
5、性价比高，容易实现自动化。

自2017年末问世一年以来，高速激光熔覆受到了我国激光行业及广大金属表面处理加工业的广泛而高度的关注。高速激光熔覆技术在我国发展迅速，特别是南京辉锐光电科技有限公司，基于完全自主知识产权技术，先后推出了2000W，4000W，6000W等系列高速熔覆激光器及整套装备，为高速激光熔覆产业的发展，提供了强大的装备和技术支持。

高速激光熔覆之所以受到广泛重视，主要原因在于：和常规激光熔覆相比，高速激光熔覆具有加工效率高，加工精度高、后续加工成本低，对工件的热输入量很小，可减少工件变形等等优势。下面给出二者之详细比较：
一、高速激光熔覆相较于常规激光熔覆优点在于：
（1）线速度可达100m/min，大大提高了熔覆效率。直径70合金钢基体，熔覆马氏体不锈钢材料，涂层厚度0.5mm，搭接70%情况下，熔覆效率可达1.2㎡/h，整体加工效率为常规熔覆的3-4倍。
（2）熔覆层平整，可直接磨抛加工，不需扯削工序，从而大大节省材料与加工成本。
（3）可进行薄涂层熔覆（0.2mm-0.3mm），又可进行中、厚涂层熔覆（0.3-1.5），薄、厚兼顾，特殊情况下，亦可进行多层熔覆。
（4）热输入小，工件热变形小，可用于加工薄壁件、小型件。
（5）稀释率可控制<3%。
（6）激光功率密度大，可以熔覆高熔点粉末材料。
（7）可实现铜、铝、钛等有色金属材料实现表面强化（见下面详细分析）。
（8）高速熔覆打破了常规熔覆的许多应用限制，应用领域广，且是目前代替电镀的可行办法。
激光高速熔覆

二、高速激光熔覆相交于常规激光熔覆的缺点在于：
（1）目前高速熔覆的粉末利用率约在70%左右，比常规激光熔覆略低，还需进一步通过技术手段提高。
（2）高速激光熔覆为了追求较高的表面质量从而节省材料、降低加工成本普遍采用20-53um的细球形粉末，常规激光熔覆普遍采用50-150um的粗粉。细粉成本略高于粗粉。
（3）高速激光熔覆属于新技术，工艺比常规熔覆略复杂。
三、高速激光熔覆与常规激光熔覆的共通点在于：
（1）熔覆材料共通。常规激光熔覆可熔覆的材料，高速激光熔覆均可熔；部分常规激光熔覆不能熔覆的材料，如高熔点材料，高速激光熔覆可熔。
（2）都为冶金结合。但高速熔覆的涂层效果类似热喷涂，表面平整。常规熔覆起伏较大。
（3）工艺路线共通。常规激光熔覆工艺调整的关键点同样是高速激光熔覆工艺调整的关键点。
（4）应用领域一致。即常规激光熔覆可应用的领域高速激光熔覆均可应用，且常规激光熔覆部分无法应用的领域高速激光熔覆亦可以应用。通俗讲就是常规激光熔覆能干的活高速激光熔覆可以干，常规激光熔覆不能干的活高速激光熔覆也可能可以干。

四、为什么高速激光熔覆可以在铜、铝等有色金属上熔覆：
铜、铝表面强化一直是行业迫切需求，但工艺难度大。目前在非冶金结合情况下可采用喷涂与电镀工艺路线；冶金结合情况下目前常规激光熔覆可采用YAG激光熔覆路线，但YAG工艺路线存在效率低下；其它二氧化碳、半导体、半导体光纤耦合等常规激光熔覆路线部分学校、企业做了大量研究，但最终结果均不理想，主要原因是由于：铜、铝难以熔覆的原因在于导热快，基体不易形成熔池。
从目前的初步试验结果看，高速激光熔覆最可能解决这个行业难点。高速激光熔覆的功率密度是常规激光熔覆的10-20倍，且一部分光直接作用于基体，可以在铜、铝基体上形成熔池，这是高速激光熔覆可以实现铜、铝上熔覆的最主要原因。

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