激光熔覆制備復合材料的研究現狀及進展

朱福棟 朱必云

摘 要：在當前的工業領域當中，激光熔覆技術是一項較為先進的制備復合材料的技術。在實際應用當中，激光熔覆制備復合材料技術能夠發揮出十分良好的效果，制備出來的復合材料也具有較為良好的性能。但是在實際應用當中，該技術仍然存在著一定的問題，需要進行進一步的改善和優化。基于此，本文對激光熔覆制備復合材料的基本原理、主要優勢、應用問題、以及其未來的發展前景進行了分析和研究，以期能夠推動激光熔覆技術的更高發展。

關鍵詞：激光熔覆；制備復合材料；研究現狀及進展

中圖分類號：TG156 文獻標識碼：A

所謂熔覆，是一種基于焊接技術發展出來的一種連接技術，能夠將不同的材料連接在一起，形成一種新型的復合材料，具備更為優良的性狀和性能。利用不同金屬材料之間的不同熔點，通過加熱處理和一些其它工藝的處理，使熔覆材料熔化，然后迅速凝固，從而實現與基體材料之間的牢固結合。通過激光熔覆技術制備復合材料，能夠極大的提升材料的整體性能，從而滿足更高的應用需求。

一、激光熔覆制備復合材料的基本原理

激光熔覆技術是一種較為先進的加工技術，其指的是對不同金屬材料之間進行冶金結合，從而強化基體材料的表面性能。在實際工作當中，對基體金屬表面利用能量密度較高的激光束進行照射。通過這種方式使材料迅速的熔化、擴展、凝固，從而在基體材料表面形成冶金結合的材料，提升材料的力學性能、化學性能和物理性能，增強基體材料表面的耐腐蝕、抗氧化、耐磨、耐熱等方面的能力。

在激光熔覆制備復合材料采用的工藝方法中，根據不同的激光熔覆填料方式，主要可以分為同步送粉法、預置法等。其中，同步送粉法主要是在基體表面上，同步放置激光束和熔覆材料，同時進行熔覆和供料的操作。在同步送粉法當中，主要的熔覆材料是粉末，同時也可采用薄板材、線材等進行同步送料。而在預置法當中，是先在基體材料表面中的熔覆部位上放置熔覆材料，然后利用激光束對其進行掃描照射，使其迅速熔化、凝固[1]。通過這種方式，在基體材料表面，就熔覆上了熔覆材料。在預置法當中，通常采用板材、絲材、粉末等形式來添加熔覆材料，而粉末形式則是最為主要的形式。

二、激光熔覆制備復合材料的主要優勢

與其它的涂層技術相比，激光熔覆制備復合材料有著很多方面的優勢。在激光的強烈作用下，在基體材料和熔覆材料當中，其表層能夠在小范圍內迅速的進行熔覆。該技術對基體材料只具有很小的熱影響區域，不容易引發熔覆工件的形變，因而具有很高的熔覆成品率。通過激光熔覆制備的復合材料，在熔覆層當中具有細小彌散的晶粒，能夠使熔覆層的硬度得到極大的提升。同時，還能夠有效的提高材料的耐腐蝕性能和耐磨性能，對于基體材料的表面性能有著極大的優化和改善作用。由于該技術采用了高能激光束，具有很短的作用時間，并且熔覆層只產生較低的稀釋率，因此基體材料只會發生很小量的熔化。

為了能夠進一步提升材料表面的性能，可以將材料表面的熔覆率進行降低，以實現在耗材較低的情況下，取得更高的效益和效果。尤其是在熔點較低的金屬表面，對熔點較高的合金進行熔覆時，激光熔覆技術是最適合不過的。由此可見，激光熔覆制備復合材料具有十分廣泛的熔覆層材料選擇范圍。此外，激光熔覆制備復合材料還能夠輕易的實現自動化控制，從而得到表面性能更加穩定的熔覆材料，對于熔覆的厚度、成分等參數，也更加容易進行控制。

三、激光熔覆制備復合材料的應用問題

激光熔覆制備復合材料經過數十年的不斷發展和研究，目前已經在很多工業化生產領域當中得到了良好的應用，例如航空航天、石油鉆采機械、生物醫用、模具軋輥表面改性處理、汽車制造等領域。但是在實際應用當中，仍然存在著很多的問題。在評價激光熔覆制備復合材料質量的過程中，首先要檢測材料的外觀形貌、裂紋、稀釋率、氣孔、表面不平度等問題。然后需要對材料的性能、熔覆值等進行檢測。而在實際生產當中，熔覆層質量的控制具有較大的難度，非常容易產生裂紋。對此，基材熱膨脹系數、熔覆層熱膨脹系數，以及二者之間的匹配問題十分重要。因此，應當對其進行適當的選擇與分配。通常來說，在基體材料和熔覆層之間，應當滿足熱膨脹系數的同一性原則，也就是說在二者之間，熱膨脹系數應當無限接近，這樣才能夠有效的避免激光熔覆層的剝落和裂紋現象。

四、激光熔覆植被復合材料的發展前景

對于當前工業領域當中的表面處理技術來說，激光熔覆技術是一種十分良好的技術，經過長時間的不斷發展和應用，也取得了很大的成果。但是在實際應用中，仍然面臨著很多位置的問題，例如熔覆層殘余應力及裂紋、熔覆技術自動化與信息化、熔覆材料選取規則設計、數值分析理論模型建立、以及相關的基礎理論研究等問題，都需要進行進一步的研究和探討。

結語

激光熔覆技術是一種十分高效的復合材料制備技術，通過激光束照射的方式，使材料迅速熔化，然后凝固，從而熔覆在基體材料表面當中，形成性能良好的復合材料。不過在實際應用中，激光熔覆制備復合材料仍然存在著一定的問題，因此需要不斷的對其進行研究和完善，從而使其能夠發揮出更為良好的效果。

參考文獻

[1]王彥芳，肖麗君，劉明星，張秀云，石志強，劉憶.激光熔覆制備非晶復合涂層的研究進展[J].激光與光電子學進展，2014（07）：12-18.

[2]楊曉倩，李亞江，馬群雙，王娟.激光熔覆工藝研究現狀及發展[J].機械制造文摘（焊接分冊），2015（01）：1-34.

[3]張曉偉，劉洪喜，蔣業華，王傳琦，曾維華.Ti6Al4V合金表面激光熔覆功能復合涂層研究進展[J].稀有金屬材料與工程，2012（01）178-183.