激光熔覆技術(shù)—廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，發(fā)展方向多樣化

激光熔覆技術(shù)是利用高能激光束輻照，通過(guò)迅速熔化、擴(kuò)展和凝固，在基材表面熔覆一層具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的材料，構(gòu)成一種不同于基材的新材料，以彌補(bǔ)基體所缺少的高性能?？筛鶕?jù)工件的性能要求，熔覆各種成分的合金、金屬基符合材料等，制備耐熱、耐蝕、耐磨、減摩、抗氧化和無(wú)磁等特性的表面覆層，使材料具有常規(guī)處理所不具有的組織與性能。

激光熔覆技術(shù)屬于金屬及其復(fù)合材料的增材制造技術(shù)，是激光強(qiáng)化制造、激光再制造及激光3D制造技術(shù)的重要支撐技術(shù)。此外，激光熔覆技術(shù)是可以滿足成形、成性一體化需求的增材制造技術(shù)，可兼顧精 確成性和高性能成性，集激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)及材料技術(shù)等諸多現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)于一體，已逐漸發(fā)展成為可實(shí)現(xiàn)智能制造的先進(jìn)技術(shù)。而且，激光熔覆可以解決傳統(tǒng)制造方法不能完成的難題，是國(guó)家重點(diǎn)支持和推動(dòng)的一項(xiàng)高新技術(shù)。

與許多傳統(tǒng)表面處理技術(shù)相比，激光熔覆技術(shù)具有以下顯著優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)：1.激光熔覆時(shí)可對(duì)基體產(chǎn)生較小的熱影響區(qū)，工件變形較小。2.熔覆層與基體材料之間可實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，且熔覆材料稀釋率較低。3.熔覆層晶粒細(xì)小、結(jié)構(gòu)致密，能夠獲得較高的硬度和耐磨、抗腐蝕等性能。4.可以做到選擇性局部細(xì)微修復(fù)，有限降低修復(fù)成本。5.粉末材料體系適應(yīng)性比較高，大多數(shù)的常規(guī)及特種金屬粉末材料都可熔覆到金屬零件表面。

激光熔覆技術(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，已從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入到實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，在航空航天、石油、船舶、工程機(jī)械與核電等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。

1、 航空航天領(lǐng)域

航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的再制造存在巨大的市場(chǎng)，葉片材質(zhì)種類(lèi)比較多，技術(shù)含量較高且修復(fù)之后的葉片在修復(fù)材料、探傷技術(shù)、壽命評(píng)估方面需要做大量的工作。而且在國(guó)內(nèi)民航業(yè)，部分關(guān)鍵零部件仍然依賴(lài)于國(guó)外進(jìn)口，因此飛機(jī)的后期維修需要花費(fèi)巨額資金從國(guó)外采購(gòu)新的零部件。

2、 石油勘探領(lǐng)域

在石油化工行業(yè)，由于設(shè)備處于長(zhǎng)期的惡劣工作環(huán)境中，更容易使零部件產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕、劇烈磨損現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致大型昂貴零部件徹底報(bào)廢，例如鉆鋌、無(wú)磁鉆鋌、扶正器及震擊器等大型零件。

3、 煤炭開(kāi)采領(lǐng)域

在煤炭行業(yè)中，由于工作環(huán)境苛刻，對(duì)煤礦開(kāi)采機(jī)械零部件的性能要求較高。液壓立柱的主要失效形式是鍍層的劃傷和鍍層剝落，鍍層采用高污染的電鍍工藝，而電鍍是我國(guó)逐漸要取締的傳統(tǒng)工藝之一。因此，采用激光熔覆技術(shù)進(jìn)行液壓立柱的強(qiáng)化有很大市場(chǎng)，也是國(guó)家支持的環(huán)境友好、循環(huán)利用的高新技術(shù)，可替代傳統(tǒng)的電鍍工藝。

煤炭開(kāi)采領(lǐng)域中不乏技術(shù)先進(jìn)的激光制造企業(yè)，其中亞琛聯(lián)合科技（天津）有限公司憑借0.8~1.6m2/h的高熔覆效率、超過(guò)95%的粉末利用率，采用自主研發(fā)的專(zhuān)用設(shè)備，在煤機(jī)行業(yè)的眾多產(chǎn)品中得到大規(guī)模應(yīng)用，包括大直徑中缸、活柱，以及大長(zhǎng)徑比的推移、平衡活塞桿等，實(shí)現(xiàn)了24h連續(xù)、穩(wěn)定、規(guī)模化生產(chǎn)。另一方面，超高速激光熔覆制備的涂層表面粗糙度可以達(dá)到Ra 25μm，光滑平整的表面成形可以直接進(jìn)行拋光加工，相比于傳統(tǒng)的車(chē)+磨+拋三次后處理，減少兩道機(jī)加工工序，顯著降低轉(zhuǎn)運(yùn)、機(jī)加和人工成本。

4、 電力行業(yè)

電廠汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，轉(zhuǎn)子軸頸存在磨損問(wèn)題，另外汽輪機(jī)末級(jí)、次末級(jí)葉片在長(zhǎng)時(shí)間的高溫環(huán)境工作條件下常發(fā)生汽蝕。汽輪機(jī)為大型裝備而不便于運(yùn)輸，因此需要有較高可靠性的激光原位修復(fù)技術(shù)。

此外，激光熔覆還可以應(yīng)用于鋼鐵冶金、汽車(chē)、工程機(jī)械、模具制造及船舶等其他行業(yè)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。隨著“中國(guó)制造2025”發(fā)展規(guī)劃的不斷推進(jìn)，激光熔覆技術(shù)必將為廣大工業(yè)用戶所接受，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

隨著科技和工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)激光熔覆的技術(shù)要求也會(huì)越來(lái)越高。因此激光熔覆的未來(lái)發(fā)展方向主要有以下幾方面。

第 一，多學(xué)科，交叉化發(fā)展。目前激光熔覆技術(shù)多應(yīng)用于材料科學(xué)與工程方向，作為典型高端制造的工藝技術(shù)，其結(jié)合工程對(duì)象的應(yīng)用研究相對(duì)薄弱。未來(lái)激光熔覆作為材料科學(xué)、光學(xué)工程及控制工程等多學(xué)科的交叉技術(shù)，其研究將由材料領(lǐng)域向制造領(lǐng)域擴(kuò)展，需要各學(xué)科綜合發(fā)展。

第二，系統(tǒng)化、集成化發(fā)展。由于激光熔覆制造目前存在技術(shù)瓶頸，所以熔覆形成金屬零件的尺寸和形狀精度等無(wú)法滿足精密成形的要求。將激光熔覆技術(shù)與機(jī)器人、精密切削等集成研究，構(gòu)建一個(gè)大的研究體系，將對(duì)激光熔覆技術(shù)及其工業(yè)化起到推動(dòng)作用。

第三，大面積熔覆及質(zhì)量控制。結(jié)合大功率激光器的研制和激光光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，解決現(xiàn)階段無(wú)法克服的大面積熔覆的工藝問(wèn)題，并進(jìn)一步提高激光熔覆層質(zhì)量及制造效率。

第四，小型化、原位修復(fù)。鑒于越來(lái)越多的原位修復(fù)要求，未來(lái)激光器將向高功率、小型化、便攜式方向發(fā)展，激光熔覆技術(shù)也將越來(lái)越強(qiáng)調(diào)原位修復(fù)技術(shù)。