激光熔覆技术在模具再制造中的应用

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(核心提示：激光熔覆技术是一项新兴的表面改性技术，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模具表面处理上，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，极大提高材料的使用寿命。同时，还可以用于修复模具，大量节约加工成本。)
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一．激光熔覆

激光熔覆技术兴起于20世纪80年代，是一种先进的激光表面改性技术。它通过预置或同步方式在基材表面添加具有特定功能的熔覆材料，利用高能量密度（104~106W/cm2）的激光束照射熔覆材料，使之与基材表面薄层一起熔凝成为冶金结合的添料熔覆层，显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化和抗疲劳等性能。

与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有下列优点：

（1）熔覆热影响区小，工件变形小，熔覆成品率高。

（2）熔覆层稀释率低，基材的熔化量小，对熔覆层的冲淡率较低。

（3）层晶粒细小，组织结构致密，故其物理和化学特性比较好（如硬度一般相对比较高，耐磨损、耐腐蚀等性能也比较好）。

（4）涂层与基体结合好，熔覆质量稳定。

（5）适合熔覆材料多、粒度及含量变化大。

（6）激光熔覆过程易实现自动化生产。

二．激光熔覆的材料

目前，利用激光熔覆技术可以制备铁基、镍基、钴基、铝基、钛基、镁基等金属基复合材料。从功能上分类，可以制备单一或同时兼备多种功能的涂层，如：耐磨损、耐腐蚀、耐高温等以及特殊的功能性涂层；从构成涂层的材料体系看，从二元合金体系发展到多元体系，多元体系的合金成分设计以及多功能性是今后激光熔覆制备新材料的重要发展方向。

同步送粉式激光熔覆的主要工艺流程为：基材表面预处理—送料激光熔化—后处理。

三．激光熔覆在模具再制造中的应用

利用激光熔覆技术，可以在低成本的金属基体上制成高性能的表面，从而能够代替大量的高级合金，以节约贵重、稀有的金属材料，提高基材的性能，降低能源消耗，非常适于局部易受磨损、冲击、腐蚀及氧化的模具再制造中，具有广阔的发展空间和应用前景。

随着国内汽车市场的快速增长，竞争也越加激烈，新车型的平均寿命由之前的5~6年缩短至2~3年，这对汽车模具的制造提出了前所未有的挑战和机遇。

整套汽车模具的开发周期一般在1年左右，费用高昂。但通常新款车型只是在上一款同系列车型的基础上进行局部少量更改，因此，利用激光熔覆技术对原有汽车模具进行局部熔覆处理，就可把旧模具再制造为新车型的模具，从而大大缩短了新车型模具的开发时间，并节省大量的开发成本，产生显著的经济效益。

四．激光熔覆在模具再制造中的注意事项

激光熔覆是一个复杂的物理、化学冶金过程，熔覆过程中的参数对熔覆件的质量有很大的影响。激光熔覆中的过程参数主要有：激光功率、光斑直径、离焦量、送粉速度、移动速度、熔池温度等，它们对熔覆层的稀释率、裂纹、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性都有着很大影响。此外，熔覆前的预处理，熔覆时的温度控制，也会影响激光熔覆加工的质量。这些都是激光熔覆在模具再制造中需要注意的。