激光熔覆技术可显著改善金属表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能，与堆焊、热喷涂、电镀等传统表面处理技术相比，它具有诸多优点，如适用的材料体系广泛、熔覆层稀释率可控、熔覆层与基体为冶金结合、基体热变形小、工艺易于实现自动化等。

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熔覆材料直接决定熔覆层的服役性能，因此，自激光熔覆技术诞生以来，激光熔覆材料一直受到研究开发和工程应用人员的重视为此，我们将对激光熔覆材料体系研究和应用现状进行综述，为激光熔覆技术的深入研究和推广应用提供参考。

一、激光熔覆材料

按熔覆材料的初始供应状态，熔覆材料可分为粉末状、膏状、丝状、棒状和薄板状，其中应用最广泛的是粉末状材料。按照材料成分构成，激光熔覆粉末材料主要分为金属粉末、陶瓷粉末和复合粉末等。在金属粉末中，自熔性合金粉末的研究与应用最多[自熔性合金粉末是指加入具有强烈脱氧和自熔作用的si、B等元素的合金粉末。

在激光熔覆过程中，si和B等元素具有造渣功能，它们优先与合金粉末中的氧和工件表面氧化物一起熔融生成低熔点的硼硅酸盐等覆盖在熔池表面，防止液态金属过度氧化，从而改善熔体对基体金属的润湿能力，减少熔覆层中的夹杂和含氧量，提高熔覆层的工艺成形性能自开展激光熔覆技术研究以来，人们最先选用的熔覆材料就是Ni基、Co基和Fe基自熔性合金粉末。

这几类自熔性合金粉末对碳钢、不锈钢、合金钢、铸钢等多种基材有较好的适应性，能获得氧化物含量低、气孔率小的熔覆层。但对于含硫钢，由于硫的存在，在交界面处易形成一种低熔点的脆性物相，使得覆层易于剥落，因此应慎重选用Ni基自熔性合金粉末以其良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用和适中的价格在激光熔覆材料中研究最多、应用最广。

Co基自熔性合金粉末具有良好的高温性能和耐蚀耐磨性能，常被应用于石化、电力、冶金等工业领域的耐磨耐蚀耐高温等场合。Co基自熔性合金润湿性好，其熔点较碳化物低，受热后Co元素最先处于熔化状态，而合金凝固时它最先与其它元素形成新的物相，对熔覆层的强化极为有，。目前，co基合金所用的合金元素主要是Ni、c、Cr和Fe等。

Fe基自熔性合金粉末适用于要求局部耐磨且容易变形的零件，基体多为铸铁和低碳钢，其最大优点是成本低且抗磨性能好。但是，与Ni基、Co基白熔性合金粉末相比，Fe基自熔性合金粉末存在自熔性较差、熔覆层易开裂、易氧化、易产生气孔等缺点，因此通常采用B、Si及Cr等元素来提高熔覆层的硬度与耐磨性，用Ni元素来提高熔覆层的抗开裂能力。

综合分析可以看出，Ni基或Co基自熔性合金粉末体系具有良好的自熔性和耐蚀、耐磨、抗氧化性能，但价格较高；Fe基自熔性合金粉末虽然便宜，但自熔性差．易开裂和氧化。因此，在实际应用中，应根据使用要求合理选择自熔性合金粉末体系。

陶瓷粉末主要包括硅化物陶瓷粉末和氧化物陶瓷粉末，其中义以氧化物陶瓷粉末(A1Ozr)为主。由于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和热障涂层；另外，生物陶瓷材料也是目前研究的一个热点，陶瓷材料虽然作为高温耐磨耐蚀涂层和热障涂层材料一直备受关注。

目前对激光熔覆生物陶瓷材料的研究主要集中在Ti基合金、不锈钢等金属表面进行激光熔覆的羟基磷灰行(HAP)、氟磷灰石以及含ca、Pr等生物陶瓷材料上。羟基磷灰石生物陶瓷具有良好的牛物相容性，作为人体牙齿早已受到国内外有关学者的广泛重视激光熔覆生物陶瓷材料的研究起步虽然较晚，但发展非常迅速，是一个前景广阔的研究方向。

复合粉末主要是指碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等各种高熔点硬质陶瓷材料与金属f昆合或复合而形成的粉末体系。复合粉末可以借助激光熔覆技术制备出陶瓷颗粒增强金属基复合涂层，它将金属的强韧性、良好的工艺性和陶瓷材料优异的耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化特性有机结合起来，是目前激光熔覆技术领域研究发展的热点。

目前应用和研究较多的复合粉末体系主要包括：碳化物合金粉末(如SiC、TiC、134C、cr。等)、氧化物合金粉末(如Alz()。、Zr2O、TiO2等)、氮化物合金粉末(TiN、Si。N等)、硼化物合金粉末、硅化物合金粉末等。其中，碳化物合金粉末和氧化物合金粉末研究和应用最多，主要应用于制备耐磨涂层。

除以上几类激光熔覆粉末材料体系，目前已开发研究的熔覆材料体系还包括铜基、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1种或多种功能。

二、激光熔覆层材料设计的一般原则

熔覆材料与基体金属二者的热膨胀系数应尽可能接近。若两者热膨胀系数差异太大，则熔覆层易产生裂纹甚至剥落，因此，熔覆层的热膨胀系数需有一定的范围，超出一定的范围，易在基材表面形成残余拉应力造成涂层和基材开裂甚至剥落。

熔覆材料与基体金属的熔点不能相差太大，否则难以形成与基体良好冶金结合且稀释度小的熔覆层，一般情况下，若熔覆材料熔点过高，加热时熔覆材料熔化少，则会使涂层表面粗糙度高。

若熔覆材料熔点过低，则会因熔覆材料过度熔化，而使熔覆层产生空洞和夹杂，或者由于基体金属表面不能很好而熔化，熔覆层和基体以形成良好冶金结合。因而在激光熔覆巾，一般选择熔点与基体金属相近的熔覆材料。

熔覆材料和基体金属以及熔覆材料中高熔点陶瓷相颗粒与基体金属之间应当具有良好的润湿性，为了提高高熔点陶瓷相颗粒与基体金属间的润湿性，可以采取多种途径：事先对陶瓷颗粒进行表面处理，常用的处理方法有机械合金化、物理化学清洗 、电化学抛光和包覆等。

在设计熔覆材料时适当加入某些合金元素。在设计熔覆材料时适当加入某些合金元素另外，可以选择适宜的激光熔覆工艺参数来提高润湿性，如提高熔覆温度、降低覆层金属液体的表面能等。

另外，可以选择适宜的激光熔覆工艺参数来提高润湿性，如提高熔覆温度、降低覆层金属液体的表面能等。粉末的流动性与粉末的形状、粒度分布、表面状态及粉末的湿度等因素有关。球形粉末流动性最好。粉末粒度最好在40～200gm范围内，粉末过细，流动性差；粉末太粗，熔覆工艺性差。粉末受潮后流动性变差，使用时应保证粉末的干燥性

激光熔覆材料的应用现状与展望

激光熔覆技术自诞生以来，在工业中已获得了大量应用，解决了工程中大量维修的难题。但是，激光熔覆材料一直是制约激光熔覆技术应用的重要因素目前，激光熔覆材料存在的主要问题是：激光熔覆专用材料体系较少，缺乏系列化的专用粉末材料，缺少熔覆材料评价和应用标准。

多年来，激光熔覆所用的粉末体系一直沿用热喷涂粉末材料，热喷涂粉末在设计时为了防止喷涂时由于温 度的微小变化而发生流淌，所设计的热喷涂合金成分往往具有较宽的凝固温度区间，将这类合金直接应用于激光熔覆 ，则会因 为流动性不好而带来气孔问题。

另外，在热喷涂粉末中加入了较高含量的 B和 Si元素，一方面降低了合金的熔点；另一方面 作为脱氧剂还原金属氧化物，生成低熔点的硼硅酸盐，起到脱氧造渣作用，然而与热喷涂相比，激光熔池寿命较短，这种低熔点的硼硅酸盐往往来不及浮到熔池表面而残留在熔覆层 内，在冷却过程中形成液态薄膜 ，加剧涂层开裂，或者使熔覆层中产生夹杂。

因此，应从激光熔覆过程的特点出发，结合应用要求，研究出适合激光熔覆的专用粉末，这将成为激光熔覆研究的重要方向之一，基于此设计思想的铁基粉末所制备的熔覆组织为“隐晶马氏体+残余奥氏体十少量弥散分布的合金碳化物”，熔覆层硬度达HRC62，无裂纹，且不需预热和后热处理，另外，功能梯度涂层的开发为解决裂纹问题也提供了新思路。

总结

激光熔覆技术是一项具有高科技含量的表面改性技术与装备维修技术，其研究和发展具有重要的理论意义和经济价值，激光熔覆材料是制约激光熔覆技术发展和应用的主要因素。

目前在研制激光熔覆材料方面虽取得了一定进展，但与按照设计的熔覆件性能和应用要求定量地设计合金成分还存在很长距离，激光熔覆材料远未形成系列化和标准化，尚需要加大力度进行深入研究。

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