超高速激光熔覆技術在航天航空領域的應用

發布時間：2020-09-09 10:11:11 瀏覽次數：次

激光在各行各業的應用已經達到了全覆蓋的水平，它可以說是自發明以來對人類及社會最深遠的重大科技成果之一，就連早期的文學作品中都有對它使用方式的設想描寫，好比星球大戰電影系列中使用的“光劍”，就是激光的一種使用方式。

在工業制造領域，由于其具有非常好的方向性、光亮度、單色性等特有的光學性能，它得到了非常廣泛地使用。使用激光對物質的加工，原理就是用高密度的能量束對其進行快速、局部地加工處理，使其能夠達到目標所需要的性能。

在目前工業領域中，運用最廣泛的就是激光表面改性技術，激光熔覆技術就是激光表面改性技術之一。激光表面熔覆技術就是通過在基體材料的表面添加一層覆蓋材料，再用激光這個高密度的能量束對其表面進行加熱，使基體材料的表面和覆蓋材料一起融化混合，因為材料自身有熱傳導的作用，被加熱融化后的材料表面迅速冷卻，溫度降低，然后快速凝固，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、抗氧化及其他目標特性。激光熔覆作為一種激光表面改性技術，主要用于改善和提高材料的表面性能以及零件的表面修復。它有幾種不同的填料方式，其中比較常見的是預置式和同步送料法。優點就是涂層與基體材料結合緊密，熔覆結構致密緊實。預置式激光熔覆機其是將熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉、絲、板的形式加入，其中以粉末的形式較為常用。預置式激光熔覆機的主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理---預置熔覆材料---預熱---激光熔化---后熱處理。同步送料法機同步送料法機則是將熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同時完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用線材或板材進行同步送料。同步送料法的主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理---送料激光熔化---后熱處理。按工藝流程，與激光熔覆機相關的工藝主要是基材表面預處理方法、熔覆材料的供料方法、預熱和后熱處理。

激光熔覆機的設備組成是由激光器、冷卻機組、送粉機構、加工工作臺等幾個主要功能部件組成的。而目前應用廣泛的有CO2激光器，固體激光器。CO2激光熔覆機是應用較廣、種類較多的一種激光器，在汽車業、鋼鐵工業、造船業、航空業、電機業、機械工業、冶金工業、金屬加工等領域廣泛應用。占全球激光器銷售額的百分之四十，而美洲特別是北美地區，更是高達百分之七十。激光熔覆機有效率高、光束質量高、功率高等特點。效率高，光電轉換率可達30%以上，比其它加工用激光器的效率高得多。

目前，金密激光融合工業機器人技術，也研發出一款極高的激光熔覆機——機器人激光熔覆機。
這臺機器人激光熔覆設備可以用不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低與基體成冶金結合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性，從而達到表面改性或修復的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求。

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