近年來(lái)在國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策和技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)的指導(dǎo)下，在傳統(tǒng)鍍鉻技術(shù)上不斷進(jìn)行新技術(shù)和新工藝的研發(fā)，并從根本上提升制造過(guò)程的環(huán)保水平，實(shí)現(xiàn)智能制造、綠色制造。超高速激光熔覆技術(shù)作為先進(jìn)環(huán)保的再制造加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為此帶來(lái)新的出路。

超高速熔覆以下六大優(yōu)勢(shì)：

1.效率高

傳統(tǒng)熔覆過(guò)程中熔覆線速度一般為600-1000mm/min，熔覆效率一般為0.15㎡/h，而高速熔覆線速度可達(dá)20-150m/min,熔覆效率可達(dá)0.5-2㎡/h，整體加工效率為常規(guī)熔覆的3-5倍。

2.機(jī)加工成本低

傳統(tǒng)熔覆制備所得涂層后續(xù)機(jī)加工的步驟包括粗車(chē)及精磨兩步，而高速熔覆所制備的涂層機(jī)加余量較少，表面光亮，只需進(jìn)行精磨即可，這在一定程度上極大的節(jié)約了成本(材料費(fèi)用、機(jī)加費(fèi)用、時(shí)間成本)。

圖1 傳統(tǒng)熔覆（右）與高速熔覆（左）搭接率形式對(duì)比

3.涂層致密、平整

高速熔覆單層厚度可達(dá)0.15mm,同時(shí)通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)涂層厚度在0.15-0.5mm（單層）可調(diào)。涂層厚度主要與熔覆速度及送粉量等工藝參數(shù)有關(guān)，涂層截面形貌如圖2所示。

圖2 涂層截面形貌

 圖3 Fe、Ni、Co基涂層傳統(tǒng)熔覆與高速熔覆宏觀形貌對(duì)比

4.熱輸入小

高速熔覆對(duì)工件的熱輸入小，工件熱變形小，可用于加工薄壁件、小型件。傳統(tǒng)熔覆過(guò)程中，大部分激光能量集中作用在基材及已熔覆層上，此時(shí)由于熱膨脹不匹配性等材料物理性能的作用，易在涂層內(nèi)部造成應(yīng)力集中，對(duì)于部分硬度較高的涂層，極易在熔覆過(guò)程中發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。而在超高速熔覆過(guò)程中，80%的激光能量作用于粉末中，故而基材的形變涂層內(nèi)部殘余應(yīng)力較少涂層不易開(kāi)裂。

5.冶金結(jié)合

超高速熔覆可實(shí)現(xiàn)基體與合金層冶金結(jié)合，如圖藍(lán)色Mo曲線所示，Mo形成冶金擴(kuò)散。通過(guò)拉斷試驗(yàn)與600噸壓機(jī)結(jié)果顯示均無(wú)分層及剝落。

圖4 高速熔覆涂層元素線掃描曲線圖（圖片出自天津某單位）

稀釋率較大，基材中大量元素向上擴(kuò)散，從而影響涂層整體性能(硬度、耐蝕性)的問(wèn)題一直是激光熔覆的一大難點(diǎn)，例如45#鋼表面制備高硬度涂層時(shí)，易出現(xiàn)涂層硬度降低的現(xiàn)象。而這些問(wèn)題在高速熔覆中就不再會(huì)發(fā)生，這是因?yàn)楦咚偃鄹驳南♂屄蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)熔覆，大量的能量集中于粉末上，基材內(nèi)部的元素沒(méi)有足夠的熱驅(qū)動(dòng)力向涂層內(nèi)部擴(kuò)散，如圖5所示。

圖5 傳統(tǒng)熔覆與高速熔覆涂層稀釋率大小對(duì)比圖

6.應(yīng)用廣

激光功率密度大，可熔覆高熔點(diǎn)粉末材料，也可實(shí)現(xiàn)銅、鋁、鈦等有色金屬材料的表面強(qiáng)化。

激光熔覆主要應(yīng)用于對(duì)材料的表面改性（軋輥、齒輪）、對(duì)產(chǎn)品的表面修復(fù)（轉(zhuǎn)子、齒輪）和原型制造三個(gè)方面。通過(guò)持續(xù)的技術(shù)優(yōu)化，該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、海洋平臺(tái)、造紙、民用家電、汽車(chē)、船舶、石油行業(yè)。

中科煜宸應(yīng)用案例1

該鋼輥為工作輥中的從動(dòng)輥，材質(zhì)為調(diào)制態(tài)45鋼，鋼輥之前表面強(qiáng)化工藝為電鍍硬鉻（約70HRC），電鍍層厚度0.08mm。原始電鍍層在實(shí)際使用過(guò)程中，易發(fā)生剝落等問(wèn)題，因此選用新工藝解決該問(wèn)題。

鋼輥熔覆面尺寸為Ф213mm×1555mm，面積為S=1.1m2。應(yīng)用高速熔覆在該基材表面制備一層0.5mm厚的熔覆層，硬度達(dá)到60HRC，且時(shí)間僅為1.5h。

中科煜宸應(yīng)用案例2

對(duì)于直徑較小的細(xì)直傳輸輥而言，在傳統(tǒng)熔覆過(guò)程中易發(fā)生變形等問(wèn)題，因此選用高速熔覆在其表面制備一層高硬度涂層，其加工過(guò)程如圖所示。

超高速激光熔覆設(shè)備

中科煜宸自主研發(fā)的超高速激光熔覆裝備，配備全國(guó)產(chǎn)化的超高速熔覆專(zhuān)用送粉器、高可靠性送粉噴嘴等核心器件；超高速激光熔覆工藝技術(shù)通過(guò)了一系列的實(shí)驗(yàn)及實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用驗(yàn)證，已能滿足穩(wěn)定的涂層制備工藝要求。

RC-HSLC-3000高速激光熔覆機(jī)床

工藝參數(shù)

◆熔覆速度：20-150m/min

◆熱影響區(qū)深度：HAZ≤10um

◆使用粉末粒徑：25-53um

◆激光光斑：0.6-1.5mm

◆涂層厚度：0.1-0.5mm

◆稀釋率：≤5%