銅和銅合金由于具備優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，在軍工、冶金、海洋裝備以及航空航天等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這些領(lǐng)域的服役環(huán)境通常比較嚴(yán)苛，因此對(duì)銅件的性能提出了更高的要求，例如要求高強(qiáng)度高導(dǎo)電性的電磁炮導(dǎo)軌，要求高耐磨耐熱性的連鑄結(jié)晶器、銅軋輥等。

采用激光熔覆的方法在銅基材表面熔覆一層紫銅或銅合金，可以大大提高銅基材料的耐腐蝕性能、耐磨性能和機(jī)械強(qiáng)度，提高其使用壽命。同時(shí)，對(duì)于在惡劣服役環(huán)境下造成缺陷的銅工件，也可以采用激光熔覆的方法進(jìn)行修復(fù)再制造。

• 銅上熔覆銅工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

對(duì)于常規(guī)的1 μm左右波長(zhǎng)的紅外激光而言，采用激光熔覆進(jìn)行類(lèi)似銅、鋁或金這類(lèi)高反金屬的加工時(shí)具有很大的挑戰(zhàn)。過(guò)低的激光吸收率（~5%）使得必須采用高功率的激光器才能在銅材表面形成熔池，但同時(shí)也會(huì)造成加工時(shí)熔池不穩(wěn)定并產(chǎn)生飛濺，容易形成具有大量孔洞缺陷的低質(zhì)量熔覆層，而紫銅超高的熱導(dǎo)率加劇了這一問(wèn)題的產(chǎn)生。因此，采用紅外激光難以在紫銅基板上有效形成高質(zhì)量的銅熔覆層。

藍(lán)光激光器在銅加工時(shí)表現(xiàn)結(jié)果優(yōu)異，可達(dá)到高至50%以上的吸收率。因此，采用藍(lán)光激光器可以有效解決紫銅表面熔覆的問(wèn)題。但目前市面上的藍(lán)光半導(dǎo)體激光器功率還不高，主要集中在1000~2000 W左右，對(duì)于一些大尺寸的銅部件的熔覆還難以獲得高效、高質(zhì)量的熔覆效果。

• 3500 W 藍(lán)光半導(dǎo)體激光器強(qiáng)勢(shì)助力

為了解決大尺寸的銅部件的表面熔覆難題，廣東硬科院重磅推出3500 W藍(lán)光激光器，型號(hào)BLD-455-3500。該款激光器的激光束以自由空間的方式輸出，矩形光斑可以直接作用于材料表面，不需要額外的光纖或激光加工頭輸出，電光效率高。激光波長(zhǎng)為455±10 nm，功率連續(xù)可調(diào)，最大輸出功率高于3500 W，可以應(yīng)用于有色金屬熔覆、淬火等領(lǐng)域，更大程度提高加工效率和加工質(zhì)量。

圖2 BLD-455-3500實(shí)物圖

圖3 BLD-455-3500產(chǎn)品參數(shù)

圖4  此款激光器功率測(cè)試圖

• 產(chǎn)品特點(diǎn)

1. 高功率：最大輸出功率高達(dá)3500 W，居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平
2. 高吸收率：銅對(duì)藍(lán)光激光的吸收率達(dá)65% (為紅外激光的13倍)
3. 高加工效率：高功率、高吸收率加持，加工速度快
4. 高加工質(zhì)量：缺陷少，飛濺少，致密度高

• 應(yīng)用場(chǎng)景

激光淬火

在淬火領(lǐng)域，此款激光器能夠提供足夠高功率和均勻的能量分布，使得材料在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到淬火溫度，從而實(shí)現(xiàn)快速、均勻的淬火效果。

增材制造

在激光增材制造領(lǐng)域，此款激光器的高功率和高吸收率，能夠獲得更快的加工速度、更小熱影響區(qū)和更優(yōu)的材料性能。

• 效果展示

以下為紫銅基板表面熔覆紫銅粉末測(cè)試效果，通過(guò)圖5（紫銅熔覆成型樣品圖）可以看到：無(wú)論是單層熔覆還是多層熔覆，此款激光器都能獲得均勻、美觀的熔覆層。

圖5 紫銅熔覆成型樣品圖

通過(guò)圖6（熔覆層金相檢測(cè)圖）可以看到：熔覆層與基板形成了非常好的冶金結(jié)合，未發(fā)現(xiàn)明顯的未熔合、氣孔、裂紋等缺陷。

圖6 熔覆層金相檢測(cè)圖

得益于廣東硬科院3500 W高功率藍(lán)光半導(dǎo)體激光器的成功開(kāi)發(fā)，大尺寸銅部件表面熔覆銅材的難題迎刃而解。采用BLD-455-3500藍(lán)光激光器搭建的熔覆裝置可以實(shí)現(xiàn)紫銅基板表面紫銅、青銅等銅合金粉末的熔覆，有望為業(yè)界帶來(lái)新的機(jī)遇。