激光熔覆是指以不同的添加方法在被熔覆的基體上放置選擇的涂層材料，經(jīng)高能密度激光束輻照加熱，使之和基體表面熔化，并快速凝固，從而在基材表面形成與其為冶金結(jié)合的表面涂層的工藝過(guò)程。

激光熔覆具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1） 激光束的能量密度高，加熱速度快，對(duì)基材的熱影響較小，引起工件的變形??；

2） 控制激光的輸入能量，可將基材的稀釋作用限制在極低的程度（一般為2％－8％），從而保持了原熔覆材料的優(yōu)異性能；

3） 激光熔覆涂層與基材之間結(jié)合牢固，且熔覆涂層組織細(xì)小。

這些特點(diǎn)使得激光熔覆技術(shù)近十年來(lái)在材料表面改性方面受到高度的重視。

1．1 激光熔覆材料體系

　?。?） 自熔性合金粉末：可分為鎳基自熔合金、鈷基自熔合金和鐵基自熔合金，其主要特點(diǎn)是含有硼和硅，具有自脫氧和造渣能力，即自熔性。自熔合金的硬度與合金含硼量和含碳量有關(guān)，隨硼、碳含量的增加而提高，這是由于硼和碳與合金中的鎳、鉻等元素形成硬度極高的硼化物和碳化物的數(shù)量增加所致。

　　（2） 碳化物復(fù)合粉末體系：由碳化物硬質(zhì)相與金屬或合金粘結(jié)相組成，主要有（Co、Ni）／WC和（NiCr、NiCrAl） Cr3C2等系列。這類(lèi)粉末中的粘結(jié)相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解。碳化物復(fù)合粉末作為硬質(zhì)耐磨材料，具有很高的硬度和良好的耐磨性， 其中（Co、Ni）／WC 系適應(yīng)于低溫（＜560℃）的工作條件，而（NiCr，NiCrAl）／Cr3C2系適用于高溫工作環(huán)境。此外，（Co、Ni）／WC復(fù)合粉還可與自熔性合金粉末一起使用。

　?。?） 氧化物陶瓷粉末：具有優(yōu)良的抗高溫隔熱、耐磨、耐蝕等性能，主要分為氧化鋁和氧化鋯兩個(gè)系列，而后者比前者具有更低的熱導(dǎo)率和更好的抗熱震性能，因而廣泛用作熱障涂層材料。

1．2 激光熔覆工藝種類(lèi)

激光熔覆的工藝可以分為兩種：一種是激光處理前供給添加材料，即粉末預(yù)置法；另一種是激光處理過(guò)程中同步供給添加材料，即同步送粉法。

粉末預(yù)置激光熔覆是將材料事先放置于基體材料表面的熔覆部位，然后采用激光束輻射掃描熔化，熔覆材料可以采用粉末、絲材或板材的形式加入，其中，以粉末的形式最為常用。絕大多數(shù)研究采用粉末預(yù)置方式。預(yù)置涂層式激光熔覆的主要工藝流程為：基體熔覆表面預(yù)處理、預(yù)置涂層材料、預(yù)熱、激光熔化、后熱處理。

同步送粉式激光熔覆是將熔覆材料直接送入激光束中，使供料和激光熔覆同時(shí)完成。熔覆材料的加入方法主要是以粉末的形式送入，有時(shí)也會(huì)采用線材和板材的形式進(jìn)行同步送料。對(duì)于熔覆面積比較大的零件可采用同步送粉法。此種方法送粉量可以調(diào)節(jié)，同步送粉器可以連續(xù)工作，因而熔覆效率高，適用于實(shí)際生產(chǎn)中大批零件的表面激光熔覆。同步送粉式激光熔覆的主要工藝流程為：基體熔覆表面預(yù)處理、送料激光熔化、后熱處理。

1．3 激光熔覆涂層的性能：耐磨性能、耐蝕性能。

2． 激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用

激光熔覆是新型的局部表面處理方法，是未來(lái)工業(yè)應(yīng)用潛力最大的表面改性技術(shù)之一，具有很大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，為此，亞琛聯(lián)合科技（天津）有限公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的低熔點(diǎn)合金激光熔覆成形方法，實(shí)現(xiàn)熱物性參數(shù)差距很大的兩種合金間的冶金結(jié)合，同時(shí)解決了界面反應(yīng)層過(guò)厚和涂層開(kāi)裂等問(wèn)題。

研發(fā)人員從粉末成分的選擇、能量輸入、界面反應(yīng)層控制以及界面反應(yīng)層結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面展開(kāi)研究，在無(wú)需過(guò)渡層的條件下，采用激光熔覆技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋼表面熔覆錫合金、鉛表面熔覆錫基合金兩種特殊涂層的制備。激光熔覆與傳統(tǒng)澆注的方式相比大大提高了錫基合金與鋼、鉛基體之間的結(jié)合強(qiáng)度和成形精度，有效的降低了材料浪費(fèi)，同時(shí)涂層具備極小的稀釋率，有效避免了基材成分對(duì)涂層性能的“污染”。此外，激光熔覆的技術(shù)應(yīng)用大致體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　2．1 在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用

　　早在十幾年前，歐洲汽車(chē)工業(yè)就開(kāi)始將高功率激光器用于車(chē)身的焊接和切割。由于汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)閥、汽缸內(nèi)槽、齒輪、排氣閥座以及一些精密微細(xì)部件需要高的耐磨耐熱以及耐蝕性能，因此激光熔覆有了很廣泛的應(yīng)用，例如在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金缸蓋門(mén)座上激光熔覆直接成型銅合金閥門(mén)座圈，取代傳統(tǒng)的粉末冶金／壓配座圈，可以顯著改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，降低生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)閥門(mén)座圈的工作壽命。

　　2．2在航空航天中的應(yīng)用

　　鈦合金雖然已經(jīng)在航空航天部門(mén)廣泛使用，但是其摩擦系數(shù)大，耐磨性差，在其表面熔覆一層增強(qiáng)材料就能顯著的改善表面性能。如NiCrBSi 和NiCoCrAlY 合金粉末均為常用的熱噴涂材料，其涂層致密、結(jié)合強(qiáng)度大，耐腐蝕、耐高溫，抗氧化性也很優(yōu)良。

　　2．3 模具方面的應(yīng)用

　　模具的使用壽命在很大程度上決定了一些設(shè)備的生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本，經(jīng)過(guò)激光熔覆處理過(guò)的模具，其表面硬度、耐磨性、抗高溫性等都有顯著的提高，從而提高了使用壽命。

2．4 軋輥行業(yè)中的應(yīng)用

軋輥是軋鋼工業(yè)中耗用量較大的工具，作為軋鋼機(jī)直接的工作部件，它的質(zhì)量直接關(guān)系到軋板、帶材的產(chǎn)量和質(zhì)量，因此用激光熔覆對(duì)其進(jìn)行處理已成為目前普遍關(guān)注的問(wèn)題。

2．5 生物醫(yī)用方面的應(yīng)用

不銹鋼、鈦及其合金作為生物醫(yī)用材料，因其具有良好的力學(xué)性能而受到人們的普遍歡迎，但其較差的耐蝕性、生物相容性及金屬離子潛在的毒副作用卻使它在機(jī)體中的應(yīng)用受到極大限制，在基材TC4 表面進(jìn)行激光熔覆原位合成與涂覆羥基磷灰石（HA）等生物陶瓷的改性方法因合成HA 效率高、工藝新穎、操作方便而引起廣泛關(guān)注。

近年來(lái)在葉片和閥座修復(fù)等也開(kāi)展了激光熔覆的應(yīng)用研究。利用激光熔覆工藝代替等離子噴涂和真空感應(yīng)熔焊工藝，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥密封面熔覆NiCrBSi和CoCrW合金涂層，不僅避免了涂層中的孔洞和微裂紋，而且涂層的顯微硬度明顯提高，排氣閥密封面耐磨和耐蝕性能提高3～4倍。激光熔覆處理可以改善工模具鋼的表面硬度、耐磨性、紅硬性、高溫硬度、抗熱疲勞等性能，從而提高了工模具的使用壽命。

3． 激光熔覆技術(shù)前景展望

激光熔覆技術(shù)是一種新興的表面處理技術(shù)，有著很大的發(fā)展前景。為拓寬激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，以下工作應(yīng)進(jìn)一步研究：

（1） 研究大功率、高壽命和小型化的激光裝置。

（2）熔覆工藝探索研究熔覆層產(chǎn)生殘余應(yīng)力和裂紋的機(jī)理，尋找出有效的解決方法。

（3）基礎(chǔ)理論研究從凝固動(dòng)力學(xué)、結(jié)晶學(xué)和相變理論出發(fā)，系統(tǒng)研究激光快速凝固行為，揭示材料微結(jié)構(gòu)的形成、演化機(jī)理及其規(guī)律；研究熔池的溫度場(chǎng)分布，熔池流的對(duì)流機(jī)制，冷凝時(shí)熔覆層內(nèi)發(fā)生的組織變化過(guò)程及其規(guī)律，進(jìn)而完善加工工藝參數(shù)。

激光制造行業(yè)發(fā)展前景可觀，目前國(guó)內(nèi)技術(shù)做的比較好的企業(yè)例如亞琛聯(lián)合科技（天津）有限公司，作為重點(diǎn)項(xiàng)目落地于天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)為企業(yè)提供激光制造產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的全生產(chǎn)鏈解決方案。研發(fā)團(tuán)隊(duì)由中德激光加工領(lǐng)域?qū)＜摇⒏叨巳瞬沤M成，并在中、德兩地設(shè)立了激光制造技術(shù)研發(fā)中心與生產(chǎn)加工中心，已建設(shè)成為集激光加工、智能裝備集成、工藝研發(fā)為一體的國(guó)際化研發(fā)平臺(tái)，專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域涵蓋激光熔覆、激光增材制造、激光修復(fù)、激光焊接、激光微納加工，工業(yè)4．0智能制造應(yīng)用技術(shù)及其建設(shè)規(guī)劃。