激光熔覆技术在表面失效机械件中的应用

激光熔覆技术在表面失效机械件中的应用

孙伟1    蔡辉1庞子瑞2

1 . 中铁工程装备集团(天津)有限公司  300000

2.天津中德应用技术大学  300000

摘要：本文全面探讨了激光熔覆技术在修复和增强表面失效机械件方面的应用。文章首先介绍了激光熔覆技术的基本原理及其在工业应用中的优势，特别是在提高机械零件耐磨和耐腐蚀性能方面。随后，详细分析了激光熔覆在磨损机械件和易腐蚀机械件上的应用实例，并探讨了相关的材料选择和工艺优化策略。通过对这些关键领域的深入研究，文章揭示了激光熔覆技术在现代工业维护和制造中的重要作用。本文旨在为工程师和研究人员提供对激光熔覆技术及其在实际应用中的深入理解，同时展示其在未来工业发展中的巨大潜力。

基金资助：天津市科技计划项目（20YDLYGX00050）

关键词：激光熔覆技术；表面失效机械件；应用

引言

激光熔覆技术，作为一种先进的表面工程技术，已在工业制造和维修领域展现出显著的应用价值。特别是在处理机械零部件的表面磨损和腐蚀问题上，这项技术通过提供高性能的保护层，显著提高零部件的耐用性和可靠性。在面临快速发展的工业需求和日益严峻的材料挑战的当下，了解和掌握激光熔覆技术的原理和应用成为提升设备性能和延长使用寿命的关键。

1.激光熔覆技术概述

激光熔覆技术是一种先进的表面工程技术，通过激光束对目标材料进行加热，同时喷射粉末或丝状添加材料，实现在基体材料表面形成致密、均匀的熔覆层。该技术的关键在于利用激光的高能量密度快速熔化添加材料和部分基体，形成熔池，随后迅速冷却，以避免基材的过度热影响。熔覆层与基体之间的冶金结合，确保良好的结合强度和低孔隙率，显著提高材料的耐磨、耐腐蚀和抗疲劳性能。相比传统的热喷涂或电镀等表面处理技术，激光熔覆具有热影响区小、精确控制熔覆层厚度和成分分布的优势，适用于各种复杂形状和功能性要求高的机械零部件的表面改性。此外，激光熔覆技术的环保性和高效性使其在航空、汽车、模具制造等行业中得到广泛应用。

2.激光熔覆技术在磨损机械件的应用

2.1 激光熔覆层耐磨性研究

激光熔覆技术在磨损机械件的应用中发挥着重要作用，尤其是在提高机械零部件的耐磨性方面。在高负荷、高速度或恶劣环境下工作的机械件，如齿轮、轴承和液压元件，常常面临磨损的挑战。激光熔覆通过在这些部件表面形成高硬度、高附着力的覆层，显著提高其耐磨性能。这种覆层通常由硬质合金、陶瓷材料或特殊合金粉末构成，能够有效抵抗磨损、划伤和蚀刻。相比于传统的热处理或涂层技术，激光熔覆能更精准地控制覆层的厚度和成分，从而实现对零件性能的精确改善。此外，由于激光熔覆的热影响区较小，这种方法减少基材的热应力和变形，保持零件的原始尺寸和形状，这对于精密机械尤为重要[1]。

在激光熔覆层耐磨性研究方面，科研人员不断探索不同材料组合和工艺参数对覆层性能的影响。研究表明，添加材料的种类、颗粒大小、喷射速度以及激光功率和扫描速度等因素均对熔覆层的微观结构和性能产生显著影响。例如，增加激光功率可以提高熔覆效率，但过高的功率导致熔池过热，影响层间的结合强度。同样，选择适当的添加材料，如添加碳化钨或氧化铝颗粒，能显著提升覆层的硬度和耐磨性。此外，通过优化激光扫描路径和重叠率，可以实现更均匀的熔覆层，避免裂纹和孔洞的产生。

2.2 激光熔覆在磨损失效机械件上的应用

激光熔覆技术在修复和增强磨损失效机械件方面展现显著的优势。在工业生产中，许多机械零部件，尤其是那些承受重载、高速运转或恶劣工作环境的部件，如轴、齿轮、导轨等，经常面临严重的磨损问题。这种磨损不仅能降低设备的性能，还导致昂贵的维修成本和生产停滞。采用激光熔覆技术，可以在这些磨损部件的表面施加一层高硬度、高附着力的保护层，有效延长其使用寿命。与传统的焊接修复方法相比，激光熔覆提供更高的精度和更低的热输入，避免材料的过度加热和变形。

在实际应用中，激光熔覆不仅限于修复已经发生磨损的机械部件，还广泛应用于提高新零件的耐磨性，以预防未来的磨损。例如，在制造新的高性能齿轮时，通过在齿面上施加一层耐磨材料，可以显著提高其耐磨损和抗疲劳裂纹的能力。此外，激光熔覆技术的灵活性也使得它可以应用于各种不规则形状的零件，提供定制化的解决方案。随着材料科学的进步和激光技术的发展，研究人员正在不断探索新的添加材料和工艺参数，以优化覆层的性能和延伸其应用范围。从提高工业机械零件的耐用性和可靠性到降低维护成本，激光熔覆技术在现代工业中的作用日益凸显，为机械维修和制造领域提供一种高效、经济的解决方案[2]。

3.激光熔覆技术在易腐蚀机械件的应用

3.1 激光熔覆层耐腐蚀性研究

激光熔覆技术在增强易腐蚀机械件的耐腐蚀性方面发挥关键作用。这种技术通过在机械部件的表面形成一层抗腐蚀材料，有效阻止腐蚀介质对基体材料的侵蚀。激光熔覆层通常采用不锈钢、镍基合金或钛合金等高耐蚀性材料，这些材料能够抵抗各种腐蚀形式，包括点蚀、应力腐蚀和化学腐蚀。研究表明，通过调整激光参数和添加材料的成分，可以显著改善覆层的耐腐蚀性能。例如，加入适量的钼或钒元素可以增强不锈钢覆层的耐点蚀性能。此外，激光熔覆还能通过形成致密、均匀的覆层来减少腐蚀介质的渗透，从而提高整体的防护效果。由于激光熔覆具有高精度和可控性，可以确保覆层具有均一的厚度和优良的表面质量，这对于需要精密尺寸控制的应用尤为重要。

3.2 激光熔覆在腐蚀失效机械件上的应用

激光熔覆技术在修复因腐蚀而失效的机械件上发挥着至关重要的作用。在众多工业领域，尤其是在化工、海洋和石油开采行业，机械部件常常面临严酷的腐蚀环境，导致性能下降、寿命缩短甚至功能失效。传统的修复方法，如焊补或更换部件，往往成本高昂且耗时。激光熔覆技术提供一种高效、经济的解决方案。通过在腐蚀部位上施加一层耐腐蚀材料，如不锈钢、镍基合金或特殊的防腐涂层，不仅可以恢复部件的功能，还能显著提高其耐腐蚀性能。与传统方法相比，激光熔覆具有更高的精度和更低的热输入，从而减少对基材的热影响和变形风险。此外，这种技术还允许对腐蚀区域进行精确的定位和处理，确保覆层只施加在需要保护的部分，从而提高材料的使用效率和降低成本。

在激光熔覆的实际应用中，对材料选择和工艺参数的优化至关重要。选择合适的覆层材料，不仅要考虑其耐腐蚀性能，还要考虑与基材的相容性和结合力。例如，对于钢铁基材，选用含有高比例铬和镍的不锈钢作为覆层材料，可以有效提高其耐化学腐蚀和海水腐蚀的能力。在工艺参数方面，激光功率、扫描速度和材料供给速率的精确控制对于形成高质量的覆层至关重要。这些参数直接影响熔池的形成、冷却速率和覆层的微观结构。通过优化这些参数，可以确保覆层具有较低的孔隙率和裂纹，从而提高其防腐效果。随着激光技术和材料科学的进步，激光熔覆在处理腐蚀失效机械件方面的应用潜力不断扩大，为延长设备寿命、降低维护成本提供一种高效且可靠的技术路径[3]。

4.结语

总而言之，激光熔覆技术在处理表面失效机械件方面展现巨大的实用价值和广泛的应用潜力。通过在磨损和腐蚀易发的机械部件上施加耐磨或耐腐蚀的保护层，这项技术不仅有效延长设备的使用寿命，还显著提升了其性能和可靠性。激光熔覆的高精度和可控性使其成为现代工业中不可或缺的关键技术。随着材料科学和激光技术的不断进步，激光熔覆将继续在提高工业机械耐用性和效率方面发挥重要作用，成为推动各行各业向更高效率和更长寿命发展的强大动力。

参考文献

[1]张国昌,吕杰,宋宝强等.激光熔覆涂层硬度强化研究进展[J].制造技术与机床,2023,(12):65-72.

[2]王龙,张瑜峰,曾翔等.激光熔覆技术在盾构油缸再制造上的应用[J].建筑机械,2023,(S1):88-90.

[3]王钦伟,江莎莎,王帆等.激光熔覆技术在高端阀门产品的应用研究综述[J].激光杂志,2023,44(11):7-15.