激光表麵熔覆及合金化技術

一般鋼鐵材料在進行激光表麵相變硬化時，其表層是熔化的，為(wei) 了加深表層硬化層才使表層熔化。表層熔化時，可使合金元素溶入表層基體(ti) 材料中，以提高表麵耐磨蝕性、耐磨性和抗衝(chong) 擊強度等。這種表麵處理有表麵合金化、表麵塗覆、非晶化和快速熔凝等。

1 激光表麵熔覆

激光表麵熔覆（Laser Surface Cladding, LSC）是使金屬或合金粉粒在激光處理時完全溶化，同時盡量減少基體(ti) 熔化，從(cong) 而在基體(ti) 表麵形成一個(ge) 主要由熔化粒子組成的塗覆層。塗覆材料可由水玻璃之類的粘合劑調好後塗上，也可使粉粒同氣體(ti) 一起從(cong) 噴嘴出塗在零件表麵。自熔式合金粉末有泉基、鈷基、鐵基、銅基、碳化鎢型等。

與(yu) 傳(chuan) 統的塗層技術相比，激光熔覆具有以下優(you) 點：1）冷卻速度快（高達106C/S），發生非平衡凝固，組織細小，固溶度增大，甚至產(chan) 生亞(ya) 穩相、超硬彌散相、非晶等。2）熱輸入小，畸變小，塗層稀釋度低，一般小於(yu) 5%，與(yu) 基體(ti) 呈冶金結合。3）許多金屬和合金能夠熔覆到任何金屬和合金上，特別是能在低熔點金屬上熔覆高熔點合金。4）能進行選區熔覆，材料消耗少。5）激光光束瞄準，能夠使難以接近的區域熔覆。6）工藝過程易於(yu) 實現自動化。

美國通用汽車公司在鋁氣缸蓋氣門座上用激光熔覆一層較硬的耐磨材料，省去了氣門座以及相關(guan) 的氣門座壓入工序，氣缸蓋空間尺寸因此也增大，相關(guan) 設計更合理，成本下降。

日本雅馬哈摩托車為(wei) 了提高新鮮混合氣體(ti) 的填充效率，在四衝(chong) 程發動機上采用二進二排的四氣門機構後，又采用了三進二排的五氣門機構，結果功率提高了10%，燃油消耗降低了50%。這種的結果是省去氣門座，采用氣門座激光熔覆技術。使用該技術的雅馬達車型有TMD850、YZX750、EF750等。

Toyota公司也在鋁合金汽缸蓋上激光熔覆銅基合金複合材料，耐磨性得到了顯著地提高。Fiat最早開始開展激光熔覆閥座、閥柄、鋁合金汽缸體(ti) 工業(ye) 應用的試驗研究。

為(wei) 減輕摩托車重量，國外已成功地使用增強鋁合金取代鐵子減油缸。其方法在鋁合金油缸內(nei) 表麵熔覆一層碳化矽陶瓷微粒，使其彌散到油缸內(nei) 表麵，形成一層堅硬的碳化矽離子增強鋁合金複合材料層。這種油缸具有極佳的耐溫、耐磨、耐衝(chong) 擊等性能，能承受摩托車減振器極苛刻的往複運動負荷。而且重量減輕了2/3，使用壽命提高了3~5倍。

2 激光表麵合金化

激光表麵合金化是利用激光束使合金元素與(yu) 基體(ti) 金屬表麵熔化、混合，在很短的時間（0.1~10S）內(nei) 形成具有要求深度和化學成分的表麵合金。激光合金化是局部改性處理的新方法，是未來工業(ye) 應用潛力最大的表麵改性技術之一，具有極大的技術經濟效益。常按合金元素的加入方式將其分為(wei) 三大類，即預置式激光合金化，送粉式激光合金化和氣體(ti) 激光合金化，激光合金化技術主要有以下特點：1）所需激光功率密度高（105W/cm2）。熔化深度由激光功率和照射時間來控製，在基體(ti) 金屬表麵可形成深為(wei) 0.01~2mm的合金屬；2）大多數材料可在不同的基體(ti) 上合金化，因此可根據零件耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等工作要求，配製表麵合金成份；3）由於(yu) 基體(ti) 受熱影響壓力，所以零件的熱變形極小；4）形成的強化層是由合金化層和基體(ti) 上受熱影響層組成，界麵層為(wei) 冶金結合，故結合力極強。

利用激光合金化技術可在一些表麵性能差、價(jia) 格便宜的金屬基本表麵製出耐磨、耐蝕、耐高溫的表麵合金，用以取代價(jia) 格昂貴的整體(ti) 合金，從(cong) 而大幅度地降低成本。如在活塞環基體(ti) 上用含有WC、TIC質點彌散分布在細小、均勻、致密的共晶FeCB介稅基底上，結果合金化層平均顯微硬度達1200HV。台架試驗表明具有優(you) 異的耐磨性。