定义

激光熔覆是一种先进的增材制造与表面工程技术，通过高功率激光束将金属粉末、丝材或棒材熔融并沉积在基材表面，形成厚度通常为0.1–5毫米的冶金结合涂层。该技术广泛应用于表面改性、工件修复及复杂零件制造。

工作原理

  1. 激光熔池形成：聚焦的激光束在基材表面产生熔池。
  2. 材料输送：通过喷嘴或送丝装置将金属材料送入熔池。
  3. 快速凝固：熔融材料与基材表面快速冶金结合，形成致密涂层。
  4. 参数优化：通过调节激光功率、扫描速度、送粉速率等参数控制涂层质量。

核心优势

  • 强冶金结合：涂层与基材结合强度远高于热喷涂工艺。
  • 低热影响：减少基材变形和微观组织变化。
  • 材料利用率高：浪费少，适合昂贵合金（如镍基、钴基）。
  • 复杂结构适应性：可加工异形曲面、薄壁等复杂几何体。
  • 性能可调：通过多材料设计实现梯度涂层或功能化表面。

典型应用

  1. 航空航天：涡轮叶片修复、高温合金涂层。
  2. 能源装备：油气阀门耐腐蚀涂层（如司太立合金）。
  3. 模具制造：提升模具耐磨性（如H13钢激光熔覆碳化钨）。
  4. 生物医疗：钛合金人工关节表面多孔结构制备。
  5. 再制造：修复磨损轴类、齿轮等高价值部件。

技术挑战

  • 设备成本高：激光器、送粉系统投资大。
  • 工艺敏感性强：参数不当易导致裂纹、气孔或剥离。
  • 表面预处理要求：需彻底清洁基材并预热以减少应力。
  • 后处理需求：常需机加工、热处理以满足精度和性能。

与其他工艺对比

工艺类型结合强度热影响区材料适用性典型应用场景
热喷涂机械结合大广泛低成本防护涂层
激光熔覆冶金结合小金属/陶瓷高性能关键部件
堆焊冶金结合大金属大型工件修复

前沿发展方向

  1. 智能化控制：AI算法实时监控熔池形态与缺陷。
  2. 复合制造技术：与3D打印、数控加工集成（如激光-电弧复合熔覆）。
  3. 纳米材料应用：纳米增强涂层提升耐磨与抗疲劳性能。
  4. 绿色制造：开发低能耗激光器与废料回收工艺。