激光熔覆的熔覆層性能影響的主要因素

影響激光熔覆層性能的主要因素有：金屬對(duì)激光吸收率；熔覆材料的特征、表面狀態(tài)；稀釋率；激光熔覆工藝參數(shù)等。
（１）激光熔覆工藝參數(shù)激光熔覆工藝參數(shù)包括激光功率密度、光斑、掃描速度、送粉量等。
１）激光功率密度。功率密度是指單位光斑面積內(nèi)的功率大小。不同功率密度的激光作用于材料時(shí)會(huì)引起材料物態(tài)的不同變化，從而影響材料對(duì)激光的吸收率。功率密度較低時(shí)，金屬吸收激光能量只引起材料表層溫度的升高，但維持固相不變。隨著溫度的升高，吸收率將緩慢增加。當(dāng)激光功率密度在１０４～１０６Ｗ／ｃｍ２范圍內(nèi)時(shí)，材料表層將發(fā)生熔化，這就是激光熔覆所需的功率密度。如果金屬在熔化前其表面為理想的鏡面，則伴隨金屬的熔化吸收率將會(huì)有明顯的提高。
但是，對(duì)于實(shí)際金屬零件表面，或者固態(tài)金屬是以粉末形式存在時(shí)，熔化并不總是伴隨吸收率的提高而提高，相反可以導(dǎo)致吸收率的降低。當(dāng)激光功率密度達(dá)到１０６Ｗ／ｃｍ２數(shù)量級(jí)時(shí)，材料表面在激光束的照射下強(qiáng)烈汽化并形成深熔小孔，金屬對(duì)激光的吸收率急劇提高，可達(dá)９０％以上。當(dāng)激光功率密度超過(guò)１０７Ｗ／ｃｍ２數(shù)量級(jí)時(shí)，將出現(xiàn)等離子體對(duì)激光的屏蔽現(xiàn)象。
２）光斑。激光熔覆要求光斑直徑內(nèi)的能量密度分布均勻，光斑邊界的功率密度應(yīng)盡可能突然地從均一值降為零，光斑形狀應(yīng)適合零件被加工面要求，以保證熔覆層厚度和性能的一致性。因此，激光熔覆一般采用勻光兼光束整形系統(tǒng)，將激光束變換成為合適的形狀和功率密度分布。光斑形狀一般為圓形、矩形和帶形。目前，已應(yīng)用于激光加工的光束成型系統(tǒng)有：聚集系統(tǒng)、聚焦掃描系統(tǒng)（包括振鏡和旋轉(zhuǎn)多棱鏡）、波導(dǎo)鏡和積分鏡等。
激光熔覆常采用離焦光斑，通過(guò)改變離焦量改變光斑面積和能量密度，但無(wú)法使光斑內(nèi)的能量分布均勻化，光斑內(nèi)的功率密度分布只能由激光光束模式而決定。目前大多數(shù)激光熔覆均采用多模形式。
３）掃描速度。是工件基體表面相對(duì)于激光光斑的運(yùn)動(dòng)速度，由ｍ／ｓ表示。在激光光斑功率密度和粉末材料輸送量一定的情況下，掃描速度越高熔覆層稀釋率降低，反之亦然。
４）送粉量。單位時(shí)間的送粉量（ｇ／ｍｉｎ）與光斑功率密度緊密相關(guān)，通常根據(jù)不同涂層材料在試驗(yàn)中摸索獲得。
（２）稀釋率是激光熔覆層性能最重要指標(biāo)之一，定量地描述為基體材料混入熔覆層而使熔覆層合金成分的變化程度激光熔覆要求其稀釋率盡可能的低。一般認(rèn)為其稀釋率應(yīng)小于１０％，最好在５％左右，以保證高的表面涂層性能。
（３）激光熔覆對(duì)粉末材料的要求激光熔覆合金粉末材料通常選用熱噴涂系列粉末材料，包括自熔性合金材料、碳化物彌散或復(fù)合材料、陶瓷材料等。具體性能可參照第３章。
（４）熔覆層氣孔與裂紋的防止激光熔覆層中的氣孔是由于激光熔化過(guò)程中有氣體存在，而且在快速凝固過(guò)程中來(lái)不及逸出表面所致。一般多是由于金屬中的碳與氧反應(yīng)或金屬氧化物被碳還原所形成的反應(yīng)氣孔。但也存在固體物質(zhì)的揮發(fā)和濕氣蒸發(fā)等非反應(yīng)性氣孔。氣孔的存在容易成為裂紋萌生和擴(kuò)展的聚集地，因此控制熔覆層內(nèi)的氣孔也將是防止熔覆層裂紋的重要措施之一。氣孔的控制主
要從兩個(gè)方面考慮：一是采取防范措施限制氣體來(lái)源，如粉末在使用前烘干去濕、激光熔覆過(guò)程中采用惰性氣體保護(hù)熔池；

二是調(diào)整工藝參數(shù)，減緩熔池冷卻結(jié)晶速度以利于氣體的逸出。激光熔覆過(guò)程中升溫快，冷卻速度高，熔覆層熱應(yīng)力大，裂紋敏感性強(qiáng)，易產(chǎn)生裂紋。抑制裂紋生成的主要方法有：其一是采用預(yù)熱和緩冷來(lái)減少裂紋生成的可能性和松弛應(yīng)力。預(yù)熱是將基體整體或表面加熱到一定的溫度，減少熔覆層與基體材料之間溫度梯度，緩和熱應(yīng)力的目的；緩冷是防止熔覆層組織（如馬氏體）相變而誘發(fā)的組織應(yīng)力。其二，可設(shè)計(jì)階梯熔覆層，在基體材料與表面熔覆層之間選用過(guò)渡熔覆層，過(guò)渡層性能介于基體材料和表面層材料之間，使熔覆層中應(yīng)力呈階梯分布，達(dá)到緩和應(yīng)力減少裂紋產(chǎn)生的目的。