激光熔覆与喷涂原理

激光熔覆与喷涂原理
激光熔覆是材料表面改性技术的一种重要方法，它是利用高能密度激光束将合金材料熔覆（喷涂）在基材表面上，得到具有与基体材料完全不同成分和性能的合金层。利用激光技术可以进行表面喷涂，同样可以进行表面熔覆。两者之间的区别在于：喷涂是利用激光束将涂层材料加热至熔融状态，再由压缩气体加速喷射沉积到基材表面形成涂层；激光熔覆是将涂层材料与基材表面完全熔化的快速凝固过程，熔覆层与基体材料表面形成完全冶金结合。但激光喷涂目前应用较少。

激光喷涂原理简图
１—基体２—涂层３—涂层材料
４—激光束焦点５—压缩气体喷嘴
６—压缩气体进口７—送粉气进口
８—聚焦镜保护气９—激光束１０—聚焦镜

激光熔覆原理简图
１—基体２—熔覆层３—激光束
４—合金材料输送嘴５—聚光筒
６—线材输送器７—气瓶８—供气装置
９—送粉器１０—激光器１１—控制装置

激光熔覆根据合金材料供给方式的不同，有预置法（激光重熔）和同步法。预置法是指将待熔覆的合金材料以某种方法预先覆盖在基材表面，然后采用激光束在合金预覆层表面扫描，预覆层表面吸收激光能量使温度升高并熔化。同时通过热传导将表面热量向内部传递，使整个合金预覆层及一部分基材熔化，激光束离开后熔化的金属快速凝固在其材表面形成冶金结合的合金熔覆层。
预置合金材料通常采用粉末。预置的方法有涂刷粘结法和热喷涂等。涂刷粘结法是用粘结剂将合金粉末调和成膏状涂刷在基材表面，难以获得厚度均匀的涂层；热喷涂包括火焰喷涂、电弧喷涂和等离子体喷涂，其主要优点是效率高，涂层厚度均匀且与基材结合牢固，不足之处是粉末利用率低，需要专门的设备和技术。
同步法是指采用专门的输送器将合金材料直接送入激光作用区，在激光的作用下使合金材料在基体表面熔化形成合金熔覆层。同步输送法可用合金线材和合金粉末，工艺工程简单，可控性好，但采用粉末材料时沉积效率低。