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激光熔覆熔池深度和寬度會

激光熔覆技術(shù)（Laser Cladding）是一種先進(jìn)的材料表面改性技術(shù)，最早是由Gnanamuthu于1974年提出專利申請，興起于20世紀(jì)80年代。隨著激光器技術(shù)的發(fā)展和資源節(jié)約的需求，激光熔覆技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用推廣得到了快速的發(fā)展。它是以激光為熱源，將填充材料（粉末、絲材或板材）和基材表面一起熔凝，在基材表面形成與其冶金結(jié)合的熔覆層，從而顯著改善其表面耐磨、耐蝕、耐熱及抗氧化等性能的工藝 ，涉及光、機(jī)、電、物理、材料、化學(xué)、計(jì)算機(jī)等多門學(xué)科。該技術(shù)可對局部易破損的零部件進(jìn)行表面強(qiáng)化及修復(fù)，以延長其使用壽命，有利于降低成本，提高效益，節(jié)約貴重稀有金屬材料，符合國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，激光熔覆技術(shù)備受各國的關(guān)注和重視，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。

與其他表面強(qiáng)化技術(shù)，如堆焊、噴涂、氣相沉積和電鍍等相比，激光熔覆技術(shù)具有以下特點(diǎn)：激光能量密度高，加熱速度快，對基材的熱影響區(qū)域小，引起的工件熱變形??；冷卻速度快（102～106 K/s），涂層晶粒細(xì)小，組織致密；涂層稀釋率低，涂層與基體呈冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高；材料選擇性廣，金屬材料、陶瓷材料及復(fù)合材料均可作為熔覆材料；易實(shí)現(xiàn)自動化，無環(huán)境污染 。因此，該技術(shù)在航空航天、礦山機(jī)械、石油化工、汽車、船舶、電力、鐵路等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。激光熔覆技術(shù)與其他表面工程技術(shù)的參數(shù)對比見表1。

本文從激光熔覆噴頭、激光熔覆工藝、激光熔覆材料、激光熔覆技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用4個(gè)方面綜述了激光熔覆技術(shù)的研究進(jìn)展，并對發(fā)展趨勢做出了展望。

表1 表面工程技術(shù)特性對比

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1 激光熔覆噴頭

激光熔覆設(shè)備主要包括激光器、熔覆噴頭、加工平臺和送料裝置。而激光熔覆噴頭是激光熔覆系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件，可實(shí)現(xiàn)激光束傳輸、變換、聚焦和熔覆材料的同步輸送，在基材表面實(shí)現(xiàn)激光束、熔覆材料、熔池之間的精確耦合并連續(xù)形成熔覆層。其中激光束的整形變換聚焦、材料的傳輸噴射匯聚、光料的耦合方式是熔覆噴頭的關(guān)鍵技術(shù)。

1.1 激光熔覆光斑及送料方式

激光熔覆噴頭內(nèi)集成有光束鏡組，主要用于激光束的傳輸、變換及聚焦，可根據(jù)不同的加工需求對光束進(jìn)行處理，包括變換光斑形狀、光斑尺寸、光斑能量分布等。光學(xué)鏡組一般包括準(zhǔn)直鏡、整形鏡和聚焦鏡。一般首先通過準(zhǔn)直鏡對輸入的發(fā)散光束進(jìn)行準(zhǔn)直，然后對準(zhǔn)直后的光束進(jìn)行整形，變換成所需的光束，如圓形實(shí)心光斑轉(zhuǎn)換為環(huán)狀或矩形狀，呈高斯分布的光束變換為光能均勻分布的平頂光束，單光束分成多光束等，最后將光束聚焦至加工面，以滿足加工所需的尺寸形狀和光強(qiáng)分布。

目前，常見的光斑形狀有圓形、環(huán)形、矩形和線形，其形狀和能量分布如圖1所示。圓形實(shí)心光斑能量呈高斯分布，其特點(diǎn)是中心能量大，邊緣能量小，在激光熔覆過程中易造成熔覆層中間過燒而邊緣熔化不足。環(huán)形光斑能量呈雙高斯分布，其特點(diǎn)是兩邊緣能量高，中間無能量，可通過錐透鏡 、錐鏡-反射聚焦鏡等對光束轉(zhuǎn)換獲得，如圖2所示。在激光掃描過程中，在熱傳導(dǎo)和熱對流作用下，熔池兩側(cè)的溫度略高于中心，這有利于邊緣有足夠的能量熔化粉末顆粒，減少側(cè)壁粉末的粘附。矩形光斑能量分布較均勻，具有激光熱加載均勻、加工效率高等特點(diǎn)，通過微透鏡陣列、空間光調(diào)制器、非球面透鏡組 、衍射光學(xué)元件、帶式積分鏡等對光束整形獲得。線形光斑掃描寬度大，大大提高了加工效率，且熱作用過程均勻，可顯著改善加工質(zhì)量。

按照熔覆材料的添加方式（下文中的材料均以粉末為例），激光熔覆送粉可以分為預(yù)置粉末法和同步送粉法。預(yù)置粉末法是將粉末以粘結(jié)或噴涂的方式預(yù)置在基材表面，然后采用激光輻射掃描熔化形成熔覆層。此方法工藝簡單，操作靈活，但粉末燒損嚴(yán)重，熔覆層存在氣孔和裂紋多、組織不致密、表面粗糙等缺陷。同步送粉法是采用送粉器使粉末連續(xù)輸送至激光作用區(qū)，實(shí)現(xiàn)材料的熔覆加工。同步送粉法具有自動化程度高、熔覆速度快、成形性好等特點(diǎn)，在激光熔覆中得到了廣泛的應(yīng)用，但該方法對粉末的顆粒粒度和流動性等方面要求較高。

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圖1 激光光斑形狀

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圖2 環(huán)形光束的轉(zhuǎn)換示意圖

1.2 光粉耦合模式及熔覆噴頭

按照激光束和粉末的耦合形式，可將激光熔覆噴頭分為旁軸送粉熔覆噴頭和同軸送粉熔覆噴頭。對于旁軸送粉熔覆噴頭，其送粉噴嘴相對聚焦光束傾斜噴粉，粉束和激光束軸線之間存在夾角。旁軸送粉熔覆噴頭結(jié)構(gòu)簡單，送粉噴嘴調(diào)節(jié)靈活，粉末穩(wěn)定好，可實(shí)現(xiàn)異型零件的激光熔覆。隨著高功率激光器技術(shù)發(fā)展以及使用成本的大幅下降，旁軸激光熔覆噴頭由傳統(tǒng)的“圓形光斑+單束送粉”方式發(fā)展為“矩形光斑+寬帶送粉”方式。采用大光斑的激光熔覆方式極大提升了熔覆效率，單道熔覆寬度可達(dá)30 mm，適用于形狀簡單的零件表面的大面積激光熔覆。但變化掃描方向時(shí)，光粉耦合會出現(xiàn)明顯的方向性，影響熔覆層的性能。

對于同軸送粉熔覆噴頭，粉束和激光束同軸耦合輸出，粉末流各向同性，克服了旁軸送粉方向性的限制，可保證任意路徑下熔覆層的一致性。目前激光熔覆多采用同軸送粉熔覆噴頭。由于同軸送粉熔覆噴頭無方向性問題，也可應(yīng)用于激光金屬增材制造（3D打印），通過逐層沉積可近凈成形大型結(jié)構(gòu)件、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件等。按照激光束和粉束的相對位置，同軸送粉熔覆噴頭可分為光外同軸送粉噴頭和光內(nèi)同軸送粉噴頭。光外同軸送粉噴頭是采用“粉包光”的光粉耦合模式，激光束從中心出射，光束周圍為傾斜布置的多個(gè)粉嘴送粉或環(huán)狀送粉，工作時(shí)，激光束和粉束匯聚在工作表面并形成熔池，如圖3a所示。光內(nèi)同軸送粉噴頭是采用“光包粉”的光粉耦合模式，圓形實(shí)心光束轉(zhuǎn)換為圓環(huán)錐形光束或多光束，中空無光區(qū)域垂直放置送粉管，實(shí)現(xiàn)光束中空，粉管居中，光內(nèi)送粉，如圖3b所示。粉末垂直加工面噴射，由于粉末噴射方向與包圍粉束的準(zhǔn)直氣流方向、外圍聚焦環(huán)錐形光束軸線方向均相同，故三相流互不干涉，粉末發(fā)散小，集束性好，因此在一定的長度范圍內(nèi)能夠保證光束、保護(hù)氣都包圍粉束，大大提高粉末利用率，減少熔覆層的表面粘粉和熔覆過程中的飛濺。光外同軸送粉和光內(nèi)同軸送粉效果如圖4所示。從圖中可以看出，同軸環(huán)形噴嘴比同軸多管噴嘴匯聚效果好，可實(shí)現(xiàn)更小的匯聚粉斑，適合精密熔覆加工。同軸單束粉管正向送粉，粉末流細(xì)小，挺度高，可進(jìn)行長距離、大傾角熔覆加工。由于光粉真正同軸實(shí)現(xiàn)了“光包粉”，一般無需在熔覆前預(yù)調(diào)光斑粉斑與工作面的對準(zhǔn)，掃描過程中還可離焦變焦，熔覆出變寬的熔道。

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圖3 同軸送粉熔覆噴頭原理示意圖

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圖4 同軸送粉效果

隨著大功率激光器技術(shù)的發(fā)展與推廣，寬帶同軸送粉熔覆噴頭得到了越來越多的應(yīng)用，如圖5所示。圖5a為武鋼華工激光研制的光外寬帶同軸噴頭，主要由送粉道、保護(hù)氣道和激光束通道組成。中心為矩形光斑，光束外兩側(cè)為與激光光斑相適應(yīng)的矩形粉末流道。此噴頭適用于6～20 k W的激光熔覆加工，特別是煤礦機(jī)液壓支架立柱等回轉(zhuǎn)件的大批量生產(chǎn)。圖5b為蘇州大學(xué)與激光加工技術(shù)國家工程中心聯(lián)合研發(fā)的光內(nèi)寬帶同軸噴頭，矩形送粉裝置位于噴頭中心，外層為雙光束通道，其熔覆效果如圖5c所示，熔覆寬度達(dá)40 mm。

在一些特殊工況下的熔覆加工，激光熔覆噴頭的內(nèi)光路、粉路、水路、氣路等結(jié)構(gòu)有所不同。如針對圓筒形、腔體類等內(nèi)壁熔覆的深孔激光熔覆噴頭，針對各方位（如水平面、立面、仰面等）熔覆的全方位激光熔覆噴頭，針對水下修復(fù)的激光熔覆噴頭等。深孔激光熔覆噴頭將激光熔覆加工從工件的外表面延伸到孔的內(nèi)壁表面，此噴頭呈細(xì)長狀，光路系統(tǒng)采用長聚焦鏡，并利用反射鏡將光束反射至加工位置。德國弗洛霍夫研究所研制的深孔熔覆噴頭最小內(nèi)孔徑達(dá)33 mm，工作孔深可達(dá)0.5～3 m，技術(shù)處于領(lǐng)先地位。圖6a為武鋼華工激光研制的深孔熔覆噴頭，最小內(nèi)孔徑為50 mm，孔深為0.5 m。全方位激光熔覆噴頭可實(shí)現(xiàn)180三維空間熔覆，在噴嘴口與聚焦鏡間設(shè)置防護(hù)氣簾，可防止噴頭連續(xù)變換方位時(shí)，熔覆材料落到聚焦鏡上而損壞鏡片，其在仰面位置的熔覆加工如圖6b所示。水下激光熔覆噴頭集成了排水裝置將水排出，從而形成局部的穩(wěn)定氣體空間，實(shí)現(xiàn)水下激光熔覆修復(fù)。

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圖5 寬帶同軸送粉熔覆噴頭

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圖6 特殊工況下的激光熔覆噴頭

2 激光熔覆工藝

2.1 激光熔覆工藝參數(shù)

激光熔覆過程中涉及眾多工藝參數(shù)，包括激光功率、掃描速度、光斑直徑、送粉速率、氣體流量和搭接率等，這些工藝參數(shù)影響熔覆層的質(zhì)量。熔覆層的質(zhì)量包括宏觀形貌（寬度、高度、寬高比、稀釋率、裂紋、表面粗糙度等）和組織性能（氣孔、雜質(zhì)、組織形態(tài)、力學(xué)性能等）。

熔覆層的宏觀形貌與工藝參數(shù)的關(guān)系模型可通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法和數(shù)值模擬的方法進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)預(yù)測的關(guān)系模型，對目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，從而獲得最佳的工藝參數(shù)組合。目前常用的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法有單因素法、正交法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和響應(yīng)曲面法等。邢彬等采用正交試驗(yàn)法研究了工藝參數(shù)對IC10高溫合金熔覆層寬度、深度和高度的影響，結(jié)果表明激光功率對寬度影響最大，離焦量對深度影響最大，而各參數(shù)對高度的影響無顯著差別。過低的熱輸入會造成基體與涂層未熔合，過高的熱輸入易形成氣孔缺陷。倪立斌等基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了熔覆層特征與工藝參數(shù)之間的預(yù)測模型，誤差小于4.5%。Ansari等采用響應(yīng)曲面法建立了回歸模型，優(yōu)化獲得了稀釋率小的熔覆層。以上均是對多輸入單輸出進(jìn)行優(yōu)化，而激光熔覆是一個(gè)多輸入多輸出過程，因此參數(shù)優(yōu)化是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題，需要對多個(gè)目標(biāo)值進(jìn)行綜合評價(jià)。目前有PCA-TOPSIS法、NSGA-Ⅱ算法、灰色關(guān)聯(lián)分析法等。趙堯等以熔覆層寬度、稀釋率和表面硬度為優(yōu)化目標(biāo)，基于PCA-TOPSIS法獲得了激光功率、掃描速度和送粉速率的優(yōu)化組合。Wang等以熔覆層寬度、平整度和欠熔面積為優(yōu)化目標(biāo)，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法將這些目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單一目標(biāo)，并通過主成分分析法確定權(quán)重，最終通過回歸分析，建立了灰色關(guān)聯(lián)度與工藝參數(shù)的關(guān)系模型。采用數(shù)值模擬法預(yù)測熔覆層宏觀形貌，有利于簡化工藝驗(yàn)證過程，揭示熔覆層成形機(jī)理，推動自動化、智能化的發(fā)展。李亞敏等利用Ansys軟件建立了瞬態(tài)三維有限元溫度場模型，數(shù)值模擬了工藝參數(shù)對熔池的影響，確定了最優(yōu)工藝參數(shù)并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，大幅減少了實(shí)驗(yàn)量。Li等建立了多場耦合三維數(shù)學(xué)模型，得到了激光熔覆過程中溫度場和速度場的分布狀態(tài)和演化規(guī)律。

熔覆層的組織性能除與熔覆材料有關(guān)外，還與成形的工藝參數(shù)有關(guān)。不同的工藝參數(shù)會形成不同的凝固組織，從而影響熔覆層性能。楊丹等研究了工藝參數(shù)對Ni基組織的影響，組織的大小與激光功率呈正相關(guān)，與送粉速率呈負(fù)相關(guān)，隨著掃描速度的增加，組織先變小后變大。曾維華等研究了工藝參數(shù)對熔覆層耐腐蝕性能的影響，結(jié)果表明熔覆層的耐腐蝕性能隨著激光功率的增加而降低，隨著掃描速率的增加而先增加后降低。顧賽男等發(fā)現(xiàn)不同的工藝參數(shù)下，熔覆層內(nèi)的W顆粒會呈現(xiàn)團(tuán)簇、均勻分布、沿著熔覆層邊緣分布及“W包Cu”結(jié)構(gòu)的不同形態(tài)。

綜上所述，熔覆層的宏觀形貌和組織性能是工藝參數(shù)綜合作用的結(jié)果，合理選擇工藝參數(shù)組合，有利于提高熔覆層的質(zhì)量。

2.2 激光熔覆復(fù)合工藝

國內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，將輔助加工工藝與激光熔覆復(fù)合，能夠較好地改善熔覆層缺陷，提高熔覆層質(zhì)量。現(xiàn)有的輔助復(fù)合加工方法有電磁場、機(jī)械振動、超聲振動、感應(yīng)、磁場、微弧、TIG電弧、微鍛造、激光沖擊等。

研究發(fā)現(xiàn)，部分復(fù)合工藝能夠細(xì)化晶粒、減少氣孔裂紋、調(diào)控組織分布、降低殘余應(yīng)力等。王梁等研究了電磁復(fù)合場對激光熔覆增強(qiáng)顆粒WC分布的調(diào)控，結(jié)果表明在電磁場的作用下，熔池流速受到抑制，當(dāng)施加的定向洛倫茲力與重力同向時(shí)，增強(qiáng)顆粒集中在上層，反之集中在下層。Jiang等研究了超聲振動角度對激光熔覆涂層組織和性能的影響，結(jié)果表明超聲振動可以細(xì)化組織，使元素分布均勻化，當(dāng)超聲振動為45時(shí)，摩擦系數(shù)最小，耐磨性得到了顯著的提高。林英華等研究表明，電磁復(fù)合場能夠抑制Ni60熔覆層表面裂紋，消除涂層內(nèi)部氣孔，減小脆性相的尺寸和顆粒偏聚，有效抑制內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生。Farahmand等采用激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆Ni-WC復(fù)合涂層，研究發(fā)現(xiàn)在感應(yīng)加熱的輔助下，可獲得無裂紋和氣孔的復(fù)合涂層。綜上所述，通過復(fù)合工藝的方法可以減少熔覆層缺陷，提高涂層的耐磨、耐腐蝕等性能。

2.3 超高速激光熔覆

超高速激光熔覆技術(shù)由德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所和亞琛工業(yè)大學(xué)提出并聯(lián)合進(jìn)行研發(fā)，主要解決傳統(tǒng)激光熔覆加工效率低的問題。此技術(shù)可在短時(shí)間內(nèi)制備大面積涂層，極大提高了生產(chǎn)效率和降低了成本，同時(shí)響應(yīng)了政府提倡的發(fā)展綠色無污染加工的要求，有望成為替代傳統(tǒng)電鍍的技術(shù)之一。

與常規(guī)激光熔覆技術(shù)相比，從能量分配看，常規(guī)激光熔覆中基板吸收的光能要多于粉末顆粒，基板吸收能量形成熔池，將輸送至熔池的粉末熔化，而超高速激光熔覆改變了能量分配，粉末顆粒吸收的能量要高于基板。因此，超高速激光熔覆調(diào)整了激光、粉束和熔池的匯聚位置，使粉束匯聚點(diǎn)位于熔池上方（如圖7a所示），同時(shí)提高了激光束和粉束的匯聚性，光束和粉束的匯聚直徑小于1 mm，從而增加了匯聚光斑內(nèi)的激光能量密度，使粉末顆粒吸收足夠的能量，在落入熔池前溫度已達(dá)到熔點(diǎn)，進(jìn)而減小了粉末在熔池內(nèi)的熔化時(shí)間。制備的涂層如圖7b所示，可見熔覆層表面光滑，只需經(jīng)磨削加工就可達(dá)到精加工要求。

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圖7 超高速激光熔覆

弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的Schopphoven等研究表明，超高速激光熔覆的沉積速率由常規(guī)激光熔覆的0.5～2 m/min提升至20～500 m/min，沉積率由50 cm2/min提升至500 cm2/min，涂層厚度為10～250m，稀釋率小于1%。Li等研究表明，超高速激光熔覆涂層相較于常規(guī)激光熔覆涂層的組織更加細(xì)密，成分分布更均勻。

2.4 激光熔覆過程控制

為了提高激光熔覆過程的穩(wěn)定性和熔覆層質(zhì)量，需要對成形過程中的相關(guān)信息進(jìn)行監(jiān)測和控制。監(jiān)測對象主要有熔池溫度、熔池幾何特征和熔覆層幾何特征。通過監(jiān)測這些工況信息的變化，實(shí)時(shí)調(diào)控激光功率、掃描速度、噴頭提升量等工藝參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)熔覆過程的閉環(huán)控制，補(bǔ)償工藝過程中的偏差。

熔池溫度和熔池形貌信息可通過高溫計(jì)、CCD圖像采集、熱成像儀等設(shè)備監(jiān)測獲得。song等用雙色高溫計(jì)監(jiān)測熔池溫度，并采用廣義預(yù)測控制器，通過調(diào)整激光功率實(shí)現(xiàn)了熔池溫度的閉環(huán)控制。楊柳杉等采用CCD攝像機(jī)和圖像處理軟件實(shí)現(xiàn)了熔池寬度的在線檢測。熔覆層形貌信息主要為熔覆層的高度。石拓等基于光學(xué)三角法原理，采用高速CCD相機(jī)監(jiān)測層高，并設(shè)計(jì)了P和PI堆高閉環(huán)控制器，提高了成形尺寸精度。

3 激光熔覆材料

目前激光熔覆材料主要有自熔性合金粉末、陶瓷粉末和復(fù)合粉末。自熔性熔覆粉末有Fe基、Ni基和Co基，粉末中含有脫氧和自熔作用的Si、B等元素，具有較好的工藝成形性。陶瓷粉末有碳化物陶瓷粉末、氮化物陶瓷粉末、氧化物陶瓷粉末和硅化物陶瓷粉末，具有較好的耐磨、耐蝕、耐高溫和高溫抗氧化性能，常被用于制備高溫耐磨耐蝕涂層和熱障涂層。復(fù)合粉末是指金屬材料與陶瓷材料混合或復(fù)合而成的合金粉末，它將金屬和陶瓷的性能有效結(jié)合起來，是激光熔覆技術(shù)研究的熱點(diǎn)。復(fù)合涂層的陶瓷相可通過機(jī)械外加法或原位合成法獲得。機(jī)械外加法是將陶瓷顆粒直接加入合金粉末中，并混合均勻。原位合成法是指元素在一定的條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，原位生成陶瓷相。此方法獲得的增強(qiáng)相可與金屬基體具有良好的浸潤性能和界面結(jié)合性能。

為獲得質(zhì)量良好的功能涂層，需要選擇合適的材料體系。熔覆材料要與基體材料具有良好的匹配性，如相似的物理性質(zhì)（如熔點(diǎn)、彈性模量和熱脹系數(shù)等）和化學(xué)性質(zhì)，以保證兩者較佳的潤濕性。若兩者材料性質(zhì)相差太大，會因不同材料界面引起的較大熱應(yīng)力而產(chǎn)生涂層開裂或剝落。此時(shí)，可采用中間過渡層的方法來制備梯度涂層，從而減小基體和涂層之間的性質(zhì)突變。如Chen等 在銅合金上依次激光熔覆了Ni基合金和Co基合金，形成了Cu-Ni-Co梯度涂層，以鎳基合金作為過渡層解決了Cu和Co之間性質(zhì)差異大的問題，提高了銅合金表面的耐磨性。

熔覆材料吸收激光能量后迅速升溫熔化，在和外界環(huán)境的熱交換以及基體熱傳導(dǎo)的作用下快速降溫，產(chǎn)生“液-固相變”。隨著溫度的進(jìn)一步下降，組織會發(fā)生“固-固相變”，這決定了材料的最終組織。由于激光熔覆快速熔化和快速凝固的特點(diǎn)，熔體的過冷度較大，在非平衡凝固條件下，可生成細(xì)晶組織、亞穩(wěn)定相、非晶態(tài)合金等。

4 激光熔覆技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

4.1 礦山機(jī)械

煤礦機(jī)械工作環(huán)境復(fù)雜苛刻，粉塵顆粒、有害氣體、濕氣和煤渣對機(jī)械設(shè)備造成磨損、腐蝕，縮短了設(shè)備的使用壽命，如截齒、刮板運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸槽、液壓支架立柱、齒輪、軸類零部件等。采用激光熔覆技術(shù)可對零件易失效部位進(jìn)行強(qiáng)化或修復(fù)，提高耐磨損、耐腐蝕性能，延長設(shè)備使用壽命。

蘇倫昌等在截齒上熔覆了THPR-50合金粉末（鐵基合金加Ti、W、Mo），涂層中原位生成了碳化物相，耐磨性提高了3倍。曹青等采用激光熔覆技術(shù)在運(yùn)輸槽上了制備了35%Ni50+65%WC無裂紋的熔覆層，并應(yīng)用于730刮板機(jī)中，每10萬噸的過煤量，其平均磨損量為0.1 mm，提高了使用壽命。李春強(qiáng)等在立柱上制備了Ni60熔覆涂層，具有很高的顯微硬度和較強(qiáng)的耐腐蝕性能。

4.2 模具

模具作為成形物品的工具，其性能要求較高，價(jià)格昂貴，尤其是大型復(fù)雜精密模具。若模具局部磨損而報(bào)廢，則加工周期長，造價(jià)高，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。模具種類繁多，包括壓鑄模具、砂型鑄造模具、塑料模具、鍛壓模具和沖壓模具等，在長期的工作中，會出現(xiàn)表面磨損、熱裂紋、熱疲勞、腐蝕等問題，從而造成模具失效報(bào)廢。因此，對模具表面進(jìn)行處理以提高其使用壽命，以及對失效模具進(jìn)行修復(fù)具有重要的意義。

Kattire等采用激光熔覆技術(shù)在H13工具鋼上制備了CPM9V涂層，發(fā)現(xiàn)馬氏體和殘余奧氏體中析出高硬度的碳化釩，涂層硬度比基體提高了4倍。劉建永等對汽車覆蓋件拉深模易磨損區(qū)域進(jìn)行局部激光熔覆強(qiáng)化，以Fe40合金涂層為打底層，用GXN-65A和XY-27F-X40合金分別強(qiáng)化模具的上部分和下部分，以滿足不同部位的硬度要求。

4.3 鐵路

磨損和滾動接觸疲勞是影響鋼軌使用壽命的兩個(gè)因素。對鋼軌關(guān)鍵部位進(jìn)行強(qiáng)化，以及對鋼軌的周期性維修和隨時(shí)的現(xiàn)場搶修，有利于提高鋼軌的使用壽命，減少鐵路運(yùn)營的成本。

Seo、Lewis等研究了各合金粉末對激光熔覆涂層耐磨性和滾動接觸疲勞性能的影響。Liu等在列車制動盤表面熔覆了鈷基涂層，并分析在不同溫度下的磨損行為。結(jié)果表明，在高溫環(huán)境下，Co06涂層比基材具有更好的耐磨性和抗氧化性能。Lai等在鋼軌表面熔覆了410L不銹鋼涂層，并研究了掃描方向、預(yù)熱和后熱處理對涂層組織和性能的影響，如圖8所示。

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圖8 激光熔覆修復(fù)鋼軌

4.4 其他行業(yè)

激光熔覆技術(shù)還可應(yīng)用在航空航天、冶金、工程機(jī)械、汽車、船舶、3D增材制造等行業(yè)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。如航空發(fā)動機(jī)鈦合金葉片的修復(fù)、船用螺旋槳的修復(fù)、曲軸的修復(fù)、飛機(jī)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的激光增材制造等。

激光熔覆技術(shù)是經(jīng)濟(jì)效益高的新型表面改性技術(shù)，不僅可以減少生產(chǎn)成本，縮短制造周期，還可以提高零部件的使用壽命。該技術(shù)屬于先進(jìn)制造、綠色制造領(lǐng)域，是“中國制造2025”的重大戰(zhàn)略規(guī)劃發(fā)展方向之一，有利于加快發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)，推動信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合。

5 展望

1）在激光熔覆噴頭方面，改進(jìn)光束傳輸變換聚焦方式，優(yōu)化工作光斑及能場分布；變革送粉方式，提高粉末利用率和沉積率；實(shí)現(xiàn)光料精準(zhǔn)耦合，提升工藝能力并擴(kuò)展應(yīng)用功能；高功率寬帶熔覆噴頭和超高速熔覆噴頭可實(shí)現(xiàn)大面積高效激光熔覆，極大提高制造效率。這些都是表面工程領(lǐng)域和增材制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在制備過程中的成形工藝、成形精度、路徑規(guī)劃、缺陷控制以及組織性能的研究方面需進(jìn)一步加強(qiáng)。同時(shí)，激光熔覆噴頭需集成測控系統(tǒng)，加強(qiáng)工況實(shí)時(shí)監(jiān)測和反饋控制技術(shù)的研究，向自動化、智能化方向發(fā)展。

2）在激光熔覆對象方面，熔覆面由規(guī)則的平面向非規(guī)則的曲面發(fā)展，成形軌跡由二維直線向空間曲線發(fā)展，加工方位從水平面、小傾角面向立仰面、空間任意方向噴射熔覆發(fā)展。在朝空間任意方位進(jìn)行激光熔覆時(shí)，激光束、粉束、熔池、工作面之間的耦合關(guān)系將發(fā)生變化，從而影響熔覆層成形質(zhì)量。需要對空間不同方位下光粉氣的噴射規(guī)律、空間不同方位甚至倒掛熔池的流動與凝固規(guī)律、熔覆層形貌特征規(guī)律、組織生長規(guī)律及其性能等方面進(jìn)行研究。

3）在激光熔覆應(yīng)用方面，便攜移動式激光熔覆原位修復(fù)技術(shù)會得到發(fā)展與應(yīng)用。關(guān)鍵技術(shù)主要包括：高功率、小型化、智能化、便攜式的熔覆成套裝備，光粉氣空間噴射耦合技術(shù)與全方位全位置熔覆成形技術(shù)及裝備，室外環(huán)境下的惰性氣氛保護(hù)裝置，激光熔覆工藝及后處理工藝等。

4）在激光熔覆復(fù)合方面，將該技術(shù)應(yīng)用于激光增材制造過程中，成形高質(zhì)量的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、大型結(jié)構(gòu)件等。如激光熔覆與微壓鍛、激光沖擊等復(fù)合的增材制造，可有效抑制成形零件的開裂、氣孔、殘余應(yīng)力大等問題，提高成形件的組織性能和抗疲勞等綜合性能。

我想問問放射性的單位換算？

物質(zhì)的放射性強(qiáng)度的單位,一居里以一克鐳衰變成氡的放射強(qiáng)度為定義，其符號為Ci。這個(gè)單位是為了紀(jì)念波蘭科學(xué)家居里夫人而定的

在國際單位制（SI）中，放射性強(qiáng)度單位用貝柯勒爾（becquerel）表示，簡稱貝可，為1秒鐘內(nèi)發(fā)生一次核衰變，符號為Bq。1Bq=1dps=2.70310-11Ci，該單位在實(shí)際應(yīng)用中減少了換算步驟，方便了使用。

鋼材cpm9v與cpm8v材料有什么區(qū)別

CPM9V 材質(zhì)特性 此種鋼材的碳及釩含量均較CPM 10V為低，其目的在于強(qiáng)化韌性及抗熱裂的能力。CPM9V因結(jié)合此二種優(yōu)越的性質(zhì)，適合于熱作及冷作加工之應(yīng)用。高碳高鉻工具鋼、CPM 10V工具鋼和高速鋼通常缺乏足夠的韌性或抗熱裂能力，而低合金工具鋼和熱作工具鋼則缺乏抗磨性。在需要兼顧韌性、抗熱裂性及耐磨性的場合，CPM9V因?yàn)榧婢呷N優(yōu)越之性能，故可以克服前述鋼種之缺點(diǎn)。 CPM9V應(yīng)用 冷作或熱作成型滾輪、滾軋機(jī)滾輪 擠型嵌入模、端鍛模具、熱作剪鐵刀 分條、裁剪、修邊等用途之刀具 塑膠工業(yè)之切粒刀 塑膠射出成型設(shè)備之噴嘴、料桿分澆嘴、料管內(nèi)襯等部位 澆道、澆口塊及流道 CPM9V化學(xué)成分(平均值%) C Mn Si Cr V Mo 1.78 0.50 0.90 5.25 9.00 1.30

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