激光熔敷金属陶瓷技术的研究概述.docVIP

激光熔覆金属陶瓷技术研究概述 高才 山东建筑大学材料学院 摘要 本文介绍了激光熔覆技术的原理、特点及工艺，总结了激光熔覆金属陶瓷复合涂层的材料体系和熔覆层的组织和性能特点，以及因为外加陶瓷颗粒与基体热物性差别大而造成了一些缺陷，而提出了原位自生和梯度涂层工艺，并介绍了它们的原理及研究现状。并指出它们仍将是激光熔覆金属陶瓷复合涂层技术的发展方向。 关键词：激光熔覆；组织与性能；原位自生；梯度涂层 Technique of laser cladding ceramic-metal composite coatings Gao Cai School of Material Science and Engineering, Shandong Jianzhu University, jinan 250101 Abstract In this paper, the principle, the characteristic and the process of the laser cladding are introduced. The material system of laser cladding ceramic-metal composite coating and the structure and the performance of the cladding layer are summarized. Because of some defects caused by the difference of physical property between ex-situ ceramic and mental, the in-situ composite and the gradient coating are proposed. The principle and the research status are also introduced. It is pointed out that they will still be the development direction of technique of laser cladding ceramic-metal composite coatings. Key words: laser cladding; structure and performance; in-situ composite; gradient coating 前言 在实际生产中，机械零件的失效多数发生在零件的表面或者是从表面开始的。各类磨损、腐蚀氧化所引起的失效都是发生在零件的表面；扭转或弯曲疲劳断裂失效也是从零件表面开始,逐渐向内部发展,最后导致断裂,因此,提高材料的表面性能对延长零件的使用寿命和发挥潜力起着重要作用。目前,有许多方法可用于制备具有特殊性能的表面涂层,如电镀（Cr, Ni） 和各种气相沉积（PVD和CVD）,但这些涂层都比较薄,难以满足工程上的要求；热喷涂方法制备的涂层虽然较厚,但与基体是机械结合，结合强度不够，涂层易脱落。 大功率激光器和宽带扫描装置的出现，为金属材料提供了激光表面改性这种有效的新方法。利用激光表面改性技术中很重要的激光熔覆技术，制备金属陶瓷复合涂层（也叫陶瓷颗粒增强金属基复合涂层），能将金属材料较高的强度、韧性和良好的工艺性能与陶瓷材料优异的耐磨、耐蚀、耐高温及化学稳定性有机地结合起来，极大地提高材料的表面性能，可在低级材料表面获得超硬、超强、超耐磨、超耐蚀等特种性能，尤其适用于一些在极端条件下服役的关键部件的强化，具有很好的发展前景，是目前激光熔敷技术领域研究发展的热点。 2、激光熔覆技术简介 激光熔覆[1~6]的试验研究可以追溯到70年代初。1974年底, Gnanamuthu 提出申请“激光熔覆一层金属于金属基体”的熔覆方法专利。到80年代初已发展成为材料表面工程领域的前沿课题。 激光表面熔覆技术是在高功率密度的激光束作用下，将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化，光束移开后自激冷却，获得一层均匀致密、结合牢固，而且稀释率低的特殊保护涂层的一种表面强化方法。激光熔覆的熔化主要发生在外加材料中，基材表面微熔的目的是使之与涂覆合金达到冶金结合，以增强熔覆层与基材的结合力，并防止基材元素与熔覆层元素的互扩散而改变熔覆层的成分和性能。激光熔覆的特点[7]有：（1）冷却速度快（高达106℃/ s） ，组织细小；（2）热输入和畸变较小,涂层稀释率低（一般小于5 %）；（3）粉末与基体呈冶金结合；（4）粉末选择范围广；（5）能进行选区熔覆，材料消耗少，具有卓越的性能价格比；（6）光束瞄准可以使难以接近的区域熔覆；（7）工艺过程易于实现自动化。 激光熔覆技术目