激光熔覆介绍：激光熔覆一种优化金属部件表面的可能工艺是激光熔覆[1, 2]. 该过程也可用作修复技术。在激光熔覆过程中，添加剂材料以金属丝或粉末的形式提供给待处理的基材。激光束熔化添加剂材料和基材的薄表面层，形成典型厚度为 0.5-1 毫米的涂层。在大多数情况下，粉末用作原料并在氩气流中运输。可以使用额外的保护气流来最大限度地减少激光熔覆过程中的氧化。由于基材的表面熔化，在基材和涂层之间形成了牢固的冶金结合。与仅在涂层和基材之间形成机械结合的热喷涂相比，这是一个重要的优势。与热喷涂相比，另一个优势是更高的粉末产量，通常为 75%。由于低且局部的热输入，激光熔覆非常适合热敏材料和部件的处理，变形有限且热影响区小。此外，激光处理过程中的高冷却速度导致涂层具有精细的微观结构。沉积后，主要需要将部件加工成其最终尺寸。作为激光源，可以使用不同类型的激光器，即。CO2、Nd:YAG（掺钕钇铝石榴石）、二极管、盘式或光纤激光器。前两种是激光焊接和切割材料加工中最常用的。然而，目前在新型、更紧凑和更高效的激光器方面取得了长足的发展，包括二极管激光器、盘式激光器和光纤激光器。本文中的结果是使用二极管激光器作为加工工具获得的。

激光熔覆是一种相对较新的工艺，它被用于石化、航空航天、机器和模具制造、汽车、能源生产等工业部门——修复损坏的高价值机器部件，如涡轮叶片、轴、电机等，以及提高工具、泵、阀门、海上管道等金属部件的耐腐蚀性和/或耐磨性。激光熔覆作为能源生产行业的一种修复和表面处理技术的可能性通过两个案例研究来说明——压缩机轴的修复和涡轮机叶轮的修复——为维护合作伙伴公司进行，他们是该领域的领导者比荷卢地区从事机械和电气旋转机器的维修和改造。

实验装置：研究中使用的激光熔覆设置。图 2 显示了本研究中用于激光熔覆的实验装置。它采用 3 kW 光纤耦合二极管激光器 (Laserline)，使用特定光学元件在基板上获得直径约 3.7 mm 的圆形光斑。使用通常用于热喷涂的 Medicoat 粉末供应装置。粉末在氩气流中供应到同轴包覆头。CCD 相机通过与激光束同轴的半透明镜进行观察，可以将熔覆头对准要处理的区域。

压缩机轴的修理；压缩机轴由马氏体不锈钢 AISI 410 (DIN 1.4006 / X12Cr13) 制成。在轴的末端附近，轴向长度为 70 毫米的区域已经磨损。轴的总长度约为 3.7 m，重量约为 1 吨。对于激光熔覆，不锈钢粉末 AISI 316L 用作原料。需要总厚度为 2 毫米的涂层。由于单次通过后不可能获得厚度为 2 毫米的涂层，因此在彼此的顶部施加了多个层。单程的典型最大层厚度为 1-1.2 毫米。激光熔覆后，需要去除约 0.2 毫米的厚度以获得光滑的表面。

初步测试：在 AISI 410 不锈钢基材上激光熔覆 AISI 316L 后的横截面。在处理轴之前，在小棒上进行实验以评估涂层的质量，包括没有开裂、变形程度以及与基材的结合。为了评估变形行为，一根直径为 30 毫米、长度为 700 毫米的棒材在 20 毫米长度的两端进行包覆。跳动的结果令人满意，变形仅为 0.02-0.04 毫米。涂层中或马氏体不锈钢基材中不存在裂纹。铜嵌件放置在不需要处理的键座中，以防止它们被激光束损坏。不锈钢 316L 材料不会粘附在铜上，并且在激光熔覆后可以轻松去除铜嵌件。

轴的激光熔覆：用于压缩机轴激光熔覆的设置在轴的激光熔覆过程中应用了与初步测试中使用的相同的激光熔覆参数。键座处的铜嵌件在左侧图像中可见。两层不锈钢相互叠加。随后对轴进行机加工，并对修复进行了积极评价，表现出足够的厚度和涂层与基材的良好结合，激光熔覆引起的变形最小，并且涂层中没有孔隙。

压缩机轮的修理：各种压缩机叶轮在外径附近磨损。车轮由 30CrNiMo8 钢制成，分为两个独立的部分，通过机械紧固件相互连接。在上下板之间有17个叶片。这种结构使得无法使用传统的焊接来修复车轮，因为过多的热量输入会导致变形，最终导致上板从下板松动。尝试通过传统 TIG 焊接修复车轮时观察到的另一个现象是机械紧固件附近存在裂纹，这些裂纹位于非常靠近焊接区域的位置。

初步测试： 施用于 30CrNiMo8 基体的司太立 21 涂层的金相横截面

在处理车轮之前，在 30CrNiMo8 基材上使用司太立 21 粉末进行激光熔覆实验，以评估涂层中和基材热影响区中是否存在裂纹。金相分析后没有观察到此类裂纹或大孔。激光熔覆后司太立 21 涂层的维氏硬度为 450-460 HV（0.5 kg 载荷）。

压缩机叶轮的激光熔覆：用于压缩机叶轮激光熔覆的设置车轮激光熔覆过程中使用的设置如图 6 所示。车轮安装在旋转轴上。为了防止刀片损坏，激光器没有垂直放置，而是在离轴位置。激光熔覆后压缩机叶轮的特写。