激光熔覆PK熱噴焊

熱噴焊是一種傳統的表面強化技術，有比較完備的材料體系；隨著激光器技術的不斷進步，激光熔覆技術在很多領域開始逐步取代熱噴焊，但是激光熔覆層容易開裂的問題一直困擾著這項技術的推廣和應用，熔覆層硬度高時尤為如此。筆者長期的激光熔覆應用實踐中發現，大部分的激光熔覆應用合金材料還是采用熱噴焊的材料體系，為了徹底解決激光熔覆層的裂紋問題，久恒光電開展了對激光熔覆和熱噴焊的熱物理冶金特點研究。

熱噴焊與激光熔覆有著許多相近似的物理和化學過程，所以它們對所用合金粉末的性能要求也有很多相近之處，具有脫氧、還原、造渣、除氣、濕潤金屬表面、良好的固態流動性、適中的粒度、含氧量要低等性能?，F在市面上大部分激光熔覆合金粉末基本上是沿用熱噴焊用的自熔劑合金粉末，或在自熔劑合金粉末中加入一定量的WC和TiC等陶瓷顆粒。

然而，激光熔覆與熱噴焊對所用合金粉末性能存在許多根本差別：

1、能量密度不同

氧乙炔焰的能量密度比激光束低得多，所能夠達到的最高溫度有限，遠遠低于激光加熱條件下熔池所能夠達到的最高溫度。噴焊時為了便于能夠被氧乙炔焰熔化，合金粉末應具有低熔點的特性，而通過加入較高含量的硅、硼元素，形成所謂的自熔劑合金，既可以大幅度降低合金的熔點，多加入的硅、硼元素又能夠在噴焊過程中成為焊渣，漂浮在熔池的表面，有效地保護噴焊熔池；

而激光熔覆所達到的能量密度大，熔覆過程中所能夠達到的熔池溫度高，激光束移開以后熔池迅速冷凝，亦即熔池的壽命很短，因此上述過量的硅、硼等合金元素在激光熔覆過程中不能有效上浮，大部分將成為脆性元素保留在熔覆層中，導致熔覆層的裂紋敏感性增加。

2、溫度范圍不同

熱噴焊時為了保證合金在熔融時有適度的流動性，使熔化的合金能在基材表面均勻攤開，形成光滑表面，合金從熔化開始到熔化終了應有較大的溫度范圍。但在激光熔覆時，由于熔池的冷卻速度快，枝晶偏析是不可避免的，熔覆合金熔化溫度區間越大，熔覆層內枝晶偏析越嚴重，脆性溫度區間也越寬，熔覆層的開裂敏感性也越大

3、熱梯度不同

熱噴焊時，熔覆層到基材的溫度梯度小，因此有利于緩解熱應力；而激光熔覆時，使用的是高能量密度，基材基本上處于冷態，熔覆層到基材的溫度梯度大，應力也大。

因此激光熔覆專用合金應比熱噴焊所使用的合金要求具有更好的塑性和韌性。正是由于激光熔覆與熱噴焊對所用合金粉末性能要求存在較大的差距，導致采用現有熱噴焊用自熔劑合金粉末進行激光熔覆時熔覆層容易產生裂紋，熔覆層硬度要求高時這種現象特別明顯，如果為了提高硬度等熔覆層的性能而在自熔劑合金粉末中加入金屬陶瓷顆粒，則由于陶瓷相與熔覆合金及基材的熱物性參數相差大，界面容易存在不良反應，更促進了裂紋的產生。

以上原因決定了解決裂紋問題的巨大困難性，也導致目前消除裂紋的措施未能從根本上解決裂紋問題?？梢?，從改進熱噴焊用自熔劑合金粉末成分方面入手，對于消除熔覆層裂紋來說應該是最為重要的。目前需要激光熔覆制造與修復的大多數工件是鐵基材料，鐵基合金不僅因成分與基體成分接近，界面結合牢固，而且相比較于鎳基和鈷基合金而言，成本低，易于研究和推廣應用。

因此，久恒光電和華中科技大學材料學院共同研制開發了系列激光熔覆專用鐵基合金粉，這種鐵基合金材料具有低碳、高鉻、高抗拉強度和高韌性的特點，應用不同的配比可以實現在HRC30-HRC65之間進行任意硬度的調節，HRC50時耐蝕性可以和304不銹鋼媲美，HRC65度時耐蝕性能高于3Cr13，在軸類產品修復和刀刃激光熔覆已得到廣泛應用。