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激光熔覆技術是指以不同的填料方式将所選塗層合♋金🙇🏻粉末🤞放置于基體表面，利用高能激光束輻🔞照，使之作用于基體表面☁️，迅速熔化、擴展和凝固在基材表面的過程，進而形成一層與基底材料相結合的覆蓋層。這個新生成的覆蓋層能夠顯著改善❤️甚至再造基體材料，使其💞能夠達到耐磨損、耐熱、耐腐蝕、抗氧化及其他目标特性。

激光熔覆技術是一個複雜的物理、化學冶金過程，激光參數的設置對熔覆層質量的影響較大。除此之外，合金粉末🏃🏻‍♂️的選擇也是重要的因素。激光熔覆合金粉末按照材料成分構成☂️可分為：自熔性合金粉末、複合粉末和陶瓷粉末。其中，自熔性合金粉末的在現實中研究與應用.多。

一、自熔性合金粉末

自熔性合金粉末可以分為鐵基(Fe)、鎳基(Ni)、钴基(Co)合金粉末，其主要🏒特點是含有硼(B)和矽(Si)，因而具有自脫氧和⁉️造渣性能💃;還含㊙️有較高的鉻，它們優先與合金粉末中的氧和工件表面氧❌化物一起熔融生成低熔點的硼矽酸鹽等覆蓋在熔池表面，防止液态金屬過度氧化，從而🧑🏾‍🤝‍🧑🏼改善熔體對基體金屬的潤濕能力，減少熔覆層中的夾雜和含氧量☁️，提高熔覆層的工藝成形性能，因而具有優異💯的耐蝕性和抗氧化性。對碳鋼、不鏽鋼、合金鋼🔞、鑄鋼等多種基材有較好的适應性，能獲得氧化物含量低、氣孔率小的熔覆層。但對于含硫鋼，由于硫的存在，在交界面處易形成一種低熔點的脆性物相，使得☂️覆層易于剝落，因此應慎重選用。

01　　鐵基(Fe)自熔性合金粉末

Fe基自熔性合金粉末适用于要求局部耐磨且容易變形的🏃‍♂️零㊙️件，基體多為鑄鐵和低碳鋼，其.大優點是材料👈來源🏃‍♀️廣泛、成本低且抗磨性能好。缺點是熔點高、抗氧化性差，熔覆層易開裂🎯、易産生氣孔等。在鐵🔞基合金粉🌈末成分中🏒，通過調整合金元素含量來調💔整塗層的硬度，并通過添加其它元素改善熔覆層的硬度、開裂敏感性和殘餘奧氏體的含量，從而提高熔覆層的耐磨性和韌性。激光熔🔆覆用的鐵基自熔性合金粉末分為兩種類型：奧氏體不鏽鋼型和高鉻鑄鐵型。

鐵基合金粉末

近年來，有關激光熔覆的研究，不少人圍繞鐵基粉末中加入其它成分進行實驗。結果表明，加入稀土改善了熔💰覆層🈲表面鈍化膜的抗剝落能力，在不同程度上減輕了材料的☔腐蝕失重，提高了熔覆層的耐腐蝕能力。

02　　鎳基(Ni)自熔性合金粉末

Ni基自熔性合金粉末以其良好的潤濕性、耐蝕性、高溫🏃自潤滑🌈作用和适中的價格在激光熔覆材料中研究.多、應用.廣。

鎳基合金粉末

鎳基(Ni)自熔性合金粉末在滑動、沖擊磨損和磨粒磨損🏃🏻‍♂️嚴💜重的條件下，單純的自熔性合金粉已不能勝任使用要求，此🔞時可在自熔性合金粉末中加入各種高熔點的碳化物、氮化物、硼化物和☎️氧化物陶瓷🤞顆粒，制成金屬複合塗層。

03　　钴基(Co)自熔性合金粉末

钴基(Co)自熔性合金粉末具有優良的耐熱、耐蝕、耐磨、抗沖擊和抗高溫氧化性能，常被應用于石化、電力、冶金等工🙇‍♀️業領域的耐磨耐蝕耐高溫等場合。Co基自熔性合金潤濕性好，其熔點較碳化物低，受熱後Co元素.先處于熔化狀态，而合金凝固時它.先與其它元素形成新的物相，對熔覆層的強化極為有利。目前，钴基合金所用🧡的合金元素主‼️要是鎳、碳、鉻和鐵等🔴。其中，鎳元素可以降低钴基合金熔🔴覆層的熱膨脹系數，減小合金的熔化溫度區間，有效防止熔覆層🌈産生裂紋，提高熔覆合⛷️金對基體的潤濕性。

钴基合金粉末

綜合分析可以看出，Ni基或Co基自熔性合金粉末體系具有良好的🌍自熔性和耐蝕、耐磨、抗氧化性能，但價格較高;Fe基自熔性合🥵金粉末雖然便宜，但自熔性差，易開裂和氧化。因此，在實際應用中，應根據使用要求合理選擇自熔性🌈合金粉末體系。

二、複合粉末

複合粉末主要是指碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及矽化物等各種高熔點硬質陶瓷材料與金屬混合或複合🌍而形成的粉末體系。複合粉末可以借助激光熔覆技術制備出🙇🏻陶瓷顆粒增強金屬基複合塗層，将金屬的強韌性、良好的工藝性和陶瓷材料優異的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化特🧡性有機結合❄️起來，能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解，從而獲得具有很高耐磨和硬度的塗層，這是是目前激光熔覆技術領域研究發展的熱點。其中，碳化🤞物合金粉末和氧化物合金粉末研究和應用.多，主要應用于制備耐磨塗層。複合粉末中的🔴碳化物顆粒可以直接加入激光熔池或者直接與金屬粉末混合💛成混合粉末，但更有效的是以包覆型粉末(如鎳包碳化物、钴包碳化物)的形式加入。

鎳基碳化鎢粉末

在激光熔覆過程中，包覆型粉末的包覆金屬對芯核碳化💛物能起到有效保護、減弱高能激光與碳化✨物的㊙️直接作用，可有效減弱或避免碳化物發生燒損、失碳、揮發等⛹🏻‍♀️現象。

三、陶瓷粉末

陶瓷粉末主要包括矽化物陶瓷粉末和氧化物陶🏃‍♀️瓷粉末，其中✌️又以氧化物陶瓷粉末(氧化鋁和氧化锆)為主。氧化锆🌐比氧化鋁🏃陶瓷粉末具有更低的熱導性和更好的熱抗震性能，因而也常用于制備熱障塗層。由💛于陶瓷粉末具有優異的耐磨♻️、耐蝕、耐高溫和抗氧化特性，所以它常被用于制備高溫耐磨耐蝕塗層。目前✌️，生物陶瓷材料是研究的一個熱點。

氧化锆陶瓷粉

陶瓷粉末缺點：與基體金屬的熱膨脹系數、彈性模量👈及導熱❗系數等差别較大，熔覆層易出現裂紋和♊孔洞等缺陷，在使用中容🔴易出現變形開裂、剝落損壞等現象。

為了解決純陶瓷塗層中的裂紋及與金屬基體的高強結合，有學者嘗試使用中間過渡層并在陶瓷層中加入🐅低熔❗點高膨脹⛹🏻‍♀️系數的CaO、SiO2、TiO2等來降低内部應力，緩解了裂紋傾向，但現有的研究表明，純陶瓷塗層的裂紋和剝落問題并未得到很好解決，因此有㊙️待于進一步深入研究。

目前對激光熔覆生物陶瓷材料的研究主要集中在Ti基合金、不鏽鋼等金屬表面進行激光熔覆的羟基磷灰石(HAP)、氟磷灰石🔱以及💋含Ca、Pr等生物陶瓷材料上。羟基磷灰石生物陶瓷具有良好的生物相容性，作為人體牙齒早已受到國内外有關學者的廣泛重視。總體來說激光熔覆生物陶瓷材料的研究起步雖然較晚，但發展非常迅速，是一個前景廣闊的研究方向。

四、其他金屬粉末

除以上幾類激光熔覆粉末材料體系，目前已開發㊙️研究的🌈熔覆材料體系還包括：銅基、钛基、鋁基、鎂基、锆基、鉻基🐅以及金屬間化合物基材料等。這些材料多數是🔆利用合金體系的某些特殊性質使其達到耐磨、減摩、耐蝕、導電、抗高溫、抗熱氧化等一種或多種功能。

1、銅基

銅基激光熔覆材料主要包括Cu-Ni-B-Si、Cu-Ni-Fe-Co-Cr-Si-B、Cu-Al2O3、Cu-CuO等銅基合金粉末及✏️複合粉末🌂材👄料。利用銅合金體系存在液相分離現象等冶金性質，可以設計出激光熔覆銅基自生複合材料的銅基複合粉末材料㊙️。研究表🌍明，其激光熔覆層中存在大量的💞自生硬質顆粒增強體，具有良好的耐磨性。單際國等利用Cu與Fe具有液相分離和母材與堆焊材料的冶金反應特⭕性，采用激光熔覆制備了Fe3Si彌散分布的銅基合金複合熔🧡覆層。研究表明✨：激光熔覆過程中，由母材熔化而進入熔📞池的Fe元素與熔池中的Cu合金呈液✏️相分離狀态;進入溶池的Fe由于密度小而上浮，上浮過程中與熔池中的Si反應生成Fe3Si，Fe3Si在激光熔🏃🏻‍♂️覆層中呈彌散🚶‍♀️狀梯度分布于α-Cu基體中。

銅基合金粉末

2、钛基

钛基熔覆材料主要用于改善基體金屬材料表面的生物相🌈容性、耐磨性或耐蝕性等。研究的钛基激光熔✂️覆粉末材料主要是純Ti粉、Ti6Al4V合金粉末以及Ti-TiO2、Ti-TiC、Ti-WC、Ti-Si等钛基複合粉末。張松等在氩氣氛環境下🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，在Ti6Al4V合金表面🈲激光熔覆♋Ti-TiC複合塗層，研究表明複合塗層中原位自生形成了微小的TiC顆粒，複合塗層具有優良的摩擦磨損性能。

钛基合金粉(TC)

3、鎂基

鎂基熔覆材料主要用于鎂合金表面的激光熔覆🈲，以提高鎂💜合🏃‍♂️金表面的耐磨性能和耐蝕性能。J.DuttaMajumdar等在普通商用鎂合♋金上熔覆🔞鎂基MEZ粉末(成分：Zn：0.5%，Mn：0.1%，Zr：0.1%，RE：2%，Mg：Bal)。研究表明，熔覆層顯微硬度由HV35提高到HV 85～100，并且因為晶粒細化和金屬間化🏒合物的重🌈新分布，熔覆層在3.56wt%NaCl溶液中的抗📞腐蝕性能比基體鎂合金大大提高。

鎂基合金粉

4、鋁基

SorinIgnat等在WE43和ZE41兩種鎂合金基體上采用3kW的Nd∶YAG激光器側向送🔴粉熔覆鋁粉，得到了結合性能良好的熔覆層。研究發現💃，塗層硬度值達到HV0.05120～200，硬度提高的主要原因是Al3Mg2和Al12Mg17金屬化合物的存在。ZMei等在鎂基ZK60/SiC基體上激光熔覆鋁基Al-Zn粉末，得到了冶金🌈良好的熔✔️覆層。研究表明，熔覆🥰層腐蝕電位比标準試樣電位高300mV，而腐蝕電流則至少低3個數量🌏級。

鋁基合金粉末

5、锆基

在純钛基體上激光熔覆锆基ZrAlNiCu合金粉末，并對塗層🎯進行了研究分析。發現，塗層由具有高比強、高硬度✉️的金屬間化合⭕物與少量的非晶相構成，具有較好的力學性能;在👣ZrAlNiCu合金粉⛷️末中添加2wt%B和2.75wt%Si，發👉現塗層中非晶含量增加，硬度升高，兩種塗層的.高硬度分别達到HV909.6和HV1444.8。

锆基合金粉

五、總結：

不同熔覆材料的特點、價格以及熔覆後的性能差别較🔅大💃🏻，實際使用時可根據不同的加工需求選擇♊不同性能的合金粉末。通過激光将合金粉末熔覆在工件🔞表面(激㊙️光熔覆)，可以在廉價金屬基材上制備出高性能的合金表面而不⁉️影響基體的性質，有🙇🏻效降低生産成本，節約貴重稀有金屬🏃‍♀️材料。與堆焊、熱噴塗、電鍍等傳統表面處理技術相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織緻密、塗層與基體結合好、适合熔覆材料多、粒度及含量變化大、加工質量高、可控性好(可實現三維自動加工)等優點。

目前主要應用于材料表面改性(如液壓立柱、軋輥、齒輪、燃汽輪機葉片等)，産品表面修複(如因磨損而失效的轉♍子、模具、軸承内📧孔等)，修複後的部件強度🚩可達原強度的90%以上，且修複費用不到産品換新成⛷️本的1/5，更重要的是縮短了維修時間，有效解決了大型企業重大成套設備轉🔞動部件快速搶修難題。

此外，對關鍵部件表面通過激光熔覆耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命💛。對模具表面進行激光熔覆處理，不僅提高模具強度，還可以降低2/3的制造成本，縮短4/5的制造周期。

總的來說激光熔覆技術是一項具有高科技含量🐅的表面改♉性技術與裝備維修技術，其研究和發展具有🔞重要🍉的理論意義和經濟價值。

激光熔覆材料是制約激光熔覆技術發展和應用✉️的主要因素。目前在研制激光熔覆材料方面雖取得了一定進展，但與按照設計的熔覆件性能和應用要求㊙️定量地設計合金成分還存在很長距離，激光熔覆材料遠未形成系列化🤞和标準化，尚需要加大力度進行深入研究。