激光熔覆粉末分类讲解
浅谈激光表面熔覆技术
激光表面熔覆技术用于制备高强度、耐磨、耐腐蚀的金属材料。 通过激光熔覆技术制备出具有优异性能的非金属材料如陶瓷、玻璃等。 激光表面熔覆技术应用于制备复合材料实现多种材料的结合提高材料的综合性能。 激光表面熔覆技术制备的材料在航空航天、汽车、能源等领域得到广泛应用。
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汇报人：
CONTENTS
PRT ONE
PRT TWO
激光表面熔覆技 术是一种利用高 能激光束将合金 粉末熔覆在基材 表面形成具有优 异性能的涂层的 工艺方法。
激光表面熔覆技术 通过快速熔化和凝 固过程使合金粉末 与基材表面形成冶 金结合具有较高的 结合强度和耐腐蚀 性。
激光表面熔覆技术 可以应用于各种金 属材料和复合材料 的表面改性提高材 料的耐磨性、耐腐 蚀性和高温性能等 方面的性能。
汇报人：
在汽车制造领域激光表面熔覆技术可以用于发动机缸体、曲轴等关键部件的表面强化提高其 耐磨性和耐久性。
激光表面熔覆技术在金属表面修复方面的应用能够快速、高效地修复损坏的零件提高其使用 寿命。
通过激光表面熔覆技术可以在零件表面添加耐磨、耐腐蚀等性能提高其表面质量延长使用寿 命。
在汽车制造领域激光表面熔覆技术可用于发动机缸体、曲轴等关键零件的表面强化提高其耐 磨性和耐久性。
促进工业创新：激光表面熔覆技术的出现为工业制造提供了新的解决方案有助于推动工业创 新。
提升产品质量：激光表面熔覆技术能够实现高精度、高质量的表面熔覆高能源利用效率促进能源转 型
推动相关产业的发展创造更多 就业机会
提升社会经济效益促进社会可 持续发展
送粉速度：控制熔覆层的填充 程度和高度
钛合金激光熔覆的几种熔覆体系
关于钛合金表面激光熔覆熔覆体系的总结概况钛合金表面激光熔覆材料主要包括：自熔性合金材料、复合材料、陶瓷材料。
其中，自熔性合金材料主要有铁基合金、镍基合金、钴基合金三大系列。
其主要特点是含有强烈脱氧和自熔作用的硼元素和硅元素。
这类合金在激光熔覆时，硼和硅被氧化生成氧化物，在熔覆层表面形成薄膜。
这种薄膜既能防止合金中的元素被过度氧化，又能与这些元素的氧化物形成硼硅酸盐熔渣，从而减少熔覆层中的夹杂物和含氧量，易获得氧化物含量低、气孔率少的激光熔覆层。
硼和硅还能降低合金的熔点，改善熔体对基体金属的润湿能力，对合金的流动性及表面张力产生有利的影响。
自熔合金的硬度随合金中硼、硅含量的增加而提高。
这是由于硼、硅元素与合金中的镍、铬等元素形成硬度极高的硼化物和碳化物的数量增加所致。
1.镍基合金粉末镍基合金粉末具有良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用，主要适用于局部要求耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件，所需的激光功率密度要比熔覆铁基合金的略高。
镍基合金的合金化原理是运用Fe、Cr、Co、Mo、W等元素进行奥氏体固溶强化，运用Al、Ti等元素进行金属间化合物沉淀强化,运用B、Zr、Co等元素实现晶界强化。
镍基自熔性合金粉末中各元素的挑选正是基于以上原则来选择的，而合金元素添加量则依据合金成形性能和激光熔覆工艺来确定。
目前，镍基自熔性合金主要有Ni-B-Si和Ni-Cr-B-Si两种，前者硬度低，韧性好，易于加工；后者是在Ni-B-Si合金基础上加入适当的Cr而形成的。
Cr能溶于Ni中形成镍铬固溶体而增加熔覆层强度，提高熔覆层的抗氧化性和耐蚀性。
Cr还能与B和C形成硼化物和碳化物，提高熔覆层的硬度和耐磨性。
增加Ni-Cr-B-Si合金中的C、B和Si 含量，可使熔覆层硬度从25HRC提高到60HRC左右，但熔覆层的韧性相应却有所下降。
这类合金中实际应用较多的是Ni60和Ni45。
另外，通过增加其成分中Ni的含量，可使裂纹率明显下降。
激光熔覆技术综述
激光熔覆技术综述作者：赵月红赵新红来源：《速读·中旬》2021年第10期◆摘要：激光熔覆主要是通过改进表面性能，如强度、导电性、抗磨性与抗蚀性等，使材料通过激光熔覆技术获得基材所缺少的优异性能，从而使材料的应用更深、更广。
激光熔覆是一种新兴的表面改性技术，论述了激光熔覆技术及其发展过程，从基体材料和熔覆材料两方面研究了激光熔覆技术的研究现状。
◆关键词：激光熔覆;熔覆层;基体激光熔覆是指在基材表面熔覆一层复合涂层，对基体材料表面性质进行改善的新技术，利用的是激光的高能量使熔覆粉末与基体之间形成冶金结合达到性能要求，熔覆后的表面涂层性能可以根据性能要求利用不同的熔覆粉末，最终达到力学性能与物理性能的改进。
激光熔覆具有稀释度低、组织致密性好、涂层与基体达到冶金结合等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。
利用激光熔覆制造新型材料，已成为近年来的研究热点。
一、激光熔覆技术的发展过程激光熔覆技术的发展经历了近半个世纪，早期激光熔覆技术主要集中在激光熔覆特性、不同材料与基体组合的激光熔覆工艺及参数、激光熔覆层的微光组织结构和金相分析、激光熔覆层的性能、熔覆层缺陷以及激光熔覆应用等方面研究;现代激光熔覆主要集中在激光熔覆基础理论和模型，激光熔覆高性能送粉和喷嘴，用激光熔覆制备新材料，基于激光熔覆的快速成形与制造技术等领域的研究。
我国对激光熔覆技术的研究始于上世纪90年代初期，研究方法不断改进并得到了很大的提高，主要进行的研究方向如下：1.激光工艺参数对熔覆层性能的影响。
2.激光熔覆过程中添加稀土氧化物对涂层组织性能的影响。
3.激光熔覆陶瓷颗粒相增强熔覆层强度。
二、激光熔覆技术的研究现状激光熔覆技术在诸多的材料如钛合金、合金钢、模具钢以及各种有色金属等材料有了广泛的应用。
激光熔覆材料是用于制备涂层的，并制约涂层特性。
材料的改变将直接影响涂层的使用性能，因此熔覆层材料的开发始终是研究的重点。
现在激光熔覆材料主要有自溶性合金粉末、复合粉末和陶瓷粉末。
激光熔覆
激光熔覆
激光熔覆（Laser Cladding)亦称激光包覆或激光熔敷，是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的合金粉末，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等的工艺方法。
激光熔覆后熔覆层硬度可在HRC15-60之间灵活选择，熔覆厚度0.1~10.0mm，还可以熔覆碳化钨、陶瓷粉末等非金属粉末。
轧辊激光熔覆碳化钨激光熔覆液压支柱激光熔覆
石油钻杆激光熔覆汽轮机转子激光修复压缩机转子激光修复。
激光熔覆技术
激光熔覆技术的研究现状及应用陈宝洲（南华大学机械工程学院湖南衡阳邮编：421001）摘要：本文逐次介绍了激光熔覆技术的原理、特点、材料体系、激光熔覆存在的问题、激光熔覆层裂纹产生的原因及防止措施，阐述了其工业应用，最后分析了其发展趋势。
关键词：激光熔覆；材料体系；应用Laser cladding technology research and ApplicationChen Baozhou(College of Mechanical Engineering, University of South China, Heng Y ang, 421001, China) Abstract: This paper introduces the technology of laser cladding by the principle, characteristics, material system, the problems of laser cladding, laser cladding crack causes and prevention measures, and expounds its application in industry, finally analyzes its development trend.Key words: laser cladding; material system; application1 引言激光熔覆技术是一项新兴的零件加工于表面改型技术。
具有较低稀释率、热影响区小、与基面形成冶金结合、熔覆件扭曲变形比较小、过程易于实现自动化等优点。
激光熔覆技术应用到表面处理上，可以极大提高零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐疲劳等机械性能，可以极大提高材料的使用寿命。
同时，还可以用于废品件的处理，大量节约加工成本。
激光溶覆应用到快速制造金属零件，所需设备少，可以减少工件制造工序，节约成本，提高零件质量，广泛应用于航空、军事、石油、化工、医疗器械等各个方面。
lpbf激光粉末床熔融
lpbf激光粉末床熔融
激光粉末床熔融（LPBF）是一种增材制造技术，它基于
离散堆积的成形理念逐层熔覆沉积制备三维实体样件，具有
柔性化程度高、加工速度快、对样品尺寸及形状无限制等独
特优势。
这种技术利用高能束激光（光斑50-100微米）逐
点逐线熔融微细金属粉末，成形效率相对较低，仅适用于单
件和小批量零件制造。
LPBF技术正朝着高效率方向迈进，其中提高激光功率是
最为行之有效的方法之一。
然而，目前国内外高功率LPBF
激光与物质交互作用的研究报道还非常有限，严重制约了该
技术的发展。
此外，LPBF技术具有以下优点：
1.可直接制造复杂精细的高性能金属零件，如打印的高温合金一体式航空燃油喷嘴、钛合金多孔骨骼植入物、内
置随形冷却水道的模具镶件等。
2.成形试样的致密度高，可达99.8%±0.08%，且无明显的缺陷。
从宏观上看，该合金由沿熔池边界外延生长的
柱状晶构成，熔池边界准晶富集，熔池内部准晶贫瘠。
从单
一熔池的角度来看，SLM成形的样品呈现出明显复合结构：
熔池内部的激光熔合区（LFZ）；熔池边界（MPB）和热影
响区（HAZ）。
然而，LPBF技术也具有较高的温度梯度和较快的冷却速度，加工过程中影响因素较多，包括粉末材料、加工工艺等综合因素，成形试样易形成气孔、裂纹、球化等多种加工缺陷，其中裂纹缺陷对加工过程的稳定进行及试样的成形质量具有极大的影响。
陶瓷材料具有本征脆硬特性，进一步增加了激光3D打印制备氧化铝基共晶陶瓷裂纹敏感性及成形难度。
以上内容仅供参考，如需更全面准确的信息，可查阅LPBF 激光粉末床熔融增材制造技术的相关研究文献。
激光熔覆与激光合金化
(2) 复合粉末 在滑动、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下，单纯的Ni基、Co基、 Fe基自熔性合金己不能胜任使用要求，此时可在上述的自熔性合金粉 末中加入各种高熔点的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物陶瓷颗粒， 制成了金属复合涂层。 复合粉末包括自粘性复合粉末和碳化物复合粉末。它们按照结构 可以分为包覆型和非完全包覆型，其区别在于芯核粉末是否被包覆粉 末包住。包覆型由于芯核粉末受到包覆粉末的保护，可以避免在高温 时发生部分元素的氧化烧损、挥发等现象。按照功能分又可以分为硬 质耐磨复合粉末(如Co/WC，Ni/WC)、耐高温复合粉末、耐腐蚀抗氧化 复合粉末、减磨润滑复合粉末等。
激光熔覆与激光合金化
一、激光熔覆
1、激光熔覆技术
激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是材料表面改性技术的一种 重要方法，它是利用高能激光束(104-106W/cm2)在金属表面辐照，通过 迅速熔化、扩展和迅速凝固，冷却速度通常达到102-104℃/s，在基材 表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，从而构成一种 新的复合材料，以弥补机体所缺少的高性能，这种复合材料能充分发 挥两者的优势，弥补相互间的不足。对于某些共晶合金，甚至能得到 非晶态表层，具有极好的抗腐蚀性能。
(二) 熔覆材料的分类及特点 激光熔覆采用的材料主要是热喷涂类材料和热喷焊类材料，这些
材料包括自熔性合金材料、碳化物弥散或者复合材料、陶瓷材料等， 这些材料具有优异的耐磨、耐腐蚀性能，并通常以粉末的形式使用， 熔覆时采用火焰喷焊。
(1) 自熔性合金材料 自熔性合金材料按基体不同可分为镍基合金、钴基合金和铁基 合金。其主要特点是都含有硅和硼，所以具有自我脱氧和自我造渣 的性能，这就是所谓的自熔剂。 自熔性合金材料原理是合金被重熔时，硅和硼分别形成Si02和 B202，并在熔覆层表面形成薄膜。这种薄膜一方面能防止合金中的 元素被氧化，另一方面又能与这些元素的氧化物形成硼化酸熔渣，
激光熔覆粉末材料(28)(精)
自粘结复合粉末是指在热喷涂过程中，由于粉末产生的 放热反应能使涂层与基材表面形成良好结合的一类热喷涂材 料，其最大的特点是具有工作粉和打底粉的双重功能。 类型：自粘结碳化钨、自粘结不锈钢、自粘结铝青铜、 自粘结镍钼铝、自粘结合金钢等系列。
激 光 熔 覆 粉 末 材 料
4）氧化物陶瓷粉末 氧化物陶瓷粉末具有优良的抗 高温氧化和隔热、耐磨、耐腐等性能， 是一类重要的热喷涂材料，也是目前 极受重视的激光熔覆材料。此类陶瓷 粉末主要分为氧化铝和氧化锆两个系 列，氧化锆比氧化铝陶瓷粉末具有更 低的热导率和更好的热抗震性能，因 而主要用于热障层材料。
铁基粉末
激 光 熔 覆 粉 末 材 料
2）碳化物复合粉末
碳化物复合粉末系由碳化物硬质相与金属或合金作为粘结 相所组成的粉末体系，可分为（Co、Ni）/WC等系列。这类 粉末中的粘结相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解，能 获得具有硬质合金性能的涂层。 特点：具有很高的耐磨性和硬度。
激 光 熔 覆 粉 末 材 料
激 光 熔 覆 粉 末 材 料
课程：工程材料基础 主讲人： 赵海峰
教学目标
了解激光熔覆技术与常见激光熔覆粉末材料的类型、牌号、 成分及性能用途。
激 光 熔 覆 粉 末 材 料
1. 激光熔覆技术 激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技 术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束 使之与基材表面薄层一起熔覆的方法，在基材表面形成与其为冶 金结合的填料熔覆层。
氧化铝粉末
课程小结
1、激光熔覆在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束
使之与基材表面薄层一起熔覆的方法，在基材表面形成与其为冶 金结合的填料熔覆层。 2、目前激光熔覆常采用的材料主要是热喷焊或热喷涂类材料，其
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作业思考题
1、激光熔覆合金粉末包括哪几种？
2、阀门激光熔覆时，采用Ni60+10%WC粉末，根据分类，
属于哪种粉末类型？
不适宜含S较高的钢材，因为钢中S的存在会在交界面处形成一种低熔 点的脆性物质，容易使熔覆层脱落。 3、分类 Fe基合金、Ni基合金、Co基合金
陶瓷粉末
特点： 陶瓷粉末具有优异的耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化特性，所以它 常被用于制备高温耐磨耐蚀涂层。 分类：
硅化物陶瓷粉末
氧化物陶瓷粉末（Al2O3和 ZrO2） 缺点： 与基体金属的热膨胀系数、弹性模量及导热系数等差别较大，熔 覆层易出现裂纹和孔洞等缺陷，在使用中将出现变形开裂、剥落损坏 等现象
激光熔覆粉末分类
课程：激光表面改性技术
主讲教师：林继兴
激光熔覆粉末分类
教学目标 通过本次课程的学习，掌握激光熔覆粉末分类及不同 粉末类型的特点
激光熔覆粉末分类
自熔性合金粉末
粉 末 分 类
陶瓷粉末
复合粉末
其他金属体系
自熔性合金粉末
特点及分类： 1、含有B、Si 作用：脱氧、造渣 2、基材适应性
可广泛应用于包括各类碳钢、合金钢、不锈钢和铸铁类材质，但
复合粉末
复合粉末主要是指高熔点硬质陶瓷材料与金属混合或复合而形成 的粉末体系。 特点： 金属的强韧性、良好的工艺性与陶瓷材料优异耐磨、耐蚀、耐高
温和抗氧化特性有机结合
复合粉末体系： 1、碳化物合金粉末(如 WC、SiC、TiC、B4C、Cr3C2等) 2、氧化物合金粉末(如 Al2O3、Zr2O3、TiO2等) 3、氮化物合金粉末(TiN、Si3N4等) 4、硼化物合金粉末 5、硅化物合金粉末
及其他金属合金粉末 2、自熔性粉末含有B、Si，具有脱氧造渣功能，基体应用 性强，常用的由Fe基、Ni基、Co基合金粉末 3、陶瓷粉末具有耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化等优点、但
存在与基体性能差异较大，易裂
4、复合粉末结合金属与非金属的优点。 5、其他金属粉末还包括：铜基、钛基、铝基、镁基、锆基、
铬基等
WC金相图
图1 块状WC
图2 球状WC
其他金属粉末
其他金属粉末包括： 铜基、钛基、铝基、镁基、锆基、铬基以及金属间化合物基材料 等。
这些材料多数是利用合金体系的某些特殊性质使其达到耐磨减摩、
耐蚀、导电、抗高温、抗热氧化等一种或多种功能。
小 结Байду номын сангаас
1、激光熔覆粉末分为：自熔性粉末、陶瓷粉末、复合粉末