前言

所謂激光熔覆陶瓷塗層，就是指用激光塗覆技術產(chan) 生陶瓷塗層。眾(zhong) 所周知，陶瓷作為(wei) 一種重要的結構材料，具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕等優(you) 點，無論在傳(chuan) 統工業(ye) 領域還是在新型的高技術領域都有著廣泛的應用。尤其是在科學技術高速發展的今天，對材料表麵性能要求越來越高，陶瓷材料作為(wei) 高溫耐磨耐蝕塗層和熱障塗層材料備受關(guan) 注。

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激光熔覆技術是一種新型的塗層技術，以不同的添加方法在基體(ti) 上鋪放所需的塗層粉末材料，同時經過高能密度激光束輻照加熱，使其與(yu) 基體(ti) 表麵熔化並快速凝固，從(cong) 而在基材表麵形成與(yu) 基體(ti) 結合性良好的功能塗層。激光熔覆技術經過將近半個(ge) 世紀的發展，已從(cong) 實驗室進入到了實際工業(ye) 應用，在汽車工業(ye) 、航空航天、石油行業(ye) 、軋輥行業(ye) 、機械動力行業(ye) 和模具等諸多領域中都有著廣泛的應用。

激光熔覆陶瓷塗層技術的特點

與(yu) 傳(chuan) 統的表麵塗層技術如堆焊、鍍層、噴塗和氣相沉積相比較，激光熔覆陶瓷塗層技術有如下特點：

1、可以通過混合不同的合金粉末進行成分設計，得到完全致密的冶金結合熔覆層；

2、塗層的稀釋度可以降低到最低限度，從(cong) 而得到所設計的表麵性能；

3、激光熔覆加熱和冷卻速度極快，凝固速度約104℃/s，易獲得塗層組織結構的改善；

4、局部表層區域的快速凝固對基體(ti) 或被塗工件的熱影響甚微，易實現選區塗層；

5、熔覆塗層與(yu) 基體(ti) 的結合得到改善，界麵為(wei) 冶金結合；

6、塗層成分、厚度可控，工藝過程易實現自動化；

7、可以適應複雜零件的形狀變化，得到均勻致密的熔覆塗層。

熔覆材料的選擇原則

激光熔覆材料與(yu) 基材的匹配一般遵循以下原則：

1、熔覆材料與(yu) 基材的熱膨脹係數同一性原則；

2、熔覆材料與(yu) 基材熔點相近原則；

3、熔覆材料對基材的潤濕性原則。

陶瓷塗層材料

01

氧化物塗層

氧化物陶瓷粉末常用的氧化物陶瓷粉末有Al 2 O 3 、ZrO 2 、TiO 2 ，它們(men) 具有優(you) 良的抗高溫氧化能力、隔熱、耐磨和耐蝕性能，是一類重要的激光熔覆材料。采用激光熔覆技術在不鏽鋼和其它合金基材表麵製備Al-Al 2 O 3 、Al 2 O 3 -TiO 2 、CaO-ZrO 2 -SiO 2 、ZrO 2 -Y 2 O 3 、TiB 2 -TiC-Al 2 O 3 等陶瓷塗層，可顯著提高基體(ti) 材料的耐磨性、耐蝕性和抗熱衝(chong) 擊性，同時還可以提高其力學性能。然而，激光熔覆氧化物陶瓷塗層存在脆性高、結合強度低、易產(chan) 生裂紋等缺陷。在激光燒結冷卻過程中會(hui) 產(chan) 生收縮性，從(cong) 而導致不同的部分開裂，這最有可能造成陶瓷顆粒在分散體(ti) 中的數量不足從(cong) 而形成缺陷。

02

碳化物塗層

碳化物陶瓷塗層以優(you) 良的高溫力學性能、高溫抗氧化性能、耐蝕耐磨性能和特殊的電、熱性能備受人們(men) 關(guan) 注。TiC、SiC、WC、BC等碳化物材料具有高熔點和高硬度等優(you) 異特性，不僅(jin) 能滿足高溫和高強度的要求，而且具有優(you) 異的耐蝕性。這些碳化物作為(wei) 熔覆材料，可提高基材表麵的耐磨性和硬度。目前，采用激光熔覆技術製備的碳化物陶瓷塗層主要有TiC、SiC、SiC-SiO 2 和SiC-Si複合陶瓷塗層等，以及Ni-TiC、Ni-TiC-C、Fe-TiC、NiCrAl-TiC、TiC-CNTs、Ni-WC和Co-B 4 C等陶瓷顆粒摻雜在金屬製備的複合陶瓷塗層，其中摻雜的碳化物顆粒起到增強相的作用，而且還可以細化晶粒尺寸，可提高其耐磨性、耐腐蝕性和力學性能。

03

生物塗層

生物陶瓷塗層作為(wei) 無機生物醫學材料，沒有毒副作用，且與(yu) 基體(ti) 有良好的生物相容性，按材料功能主要分為(wei) 生物活性陶瓷塗層和惰性生物陶瓷塗層等，其中生物活性陶瓷塗層有羥基磷灰石材料(Hydroxyapatite，HA)和鈣矽酸鹽等材料組成，其中HA生物活性陶瓷塗層是應用最廣泛，而常見的惰性生物陶瓷塗層材料有氧化鋁和氧化鋯等。

目前存在的問題

激光熔覆陶瓷塗層過程中，激光束高能密度所產(chan) 生的近似絕熱的快速加熱過程，使得激光熔覆對基材的熱影響較小，引起的變形也小，通過控製激光的輸入能量，可以保持原熔覆材料的優(you) 異性能。熔覆材料對熔覆層的性能有很大的影響，目前激光熔覆陶瓷塗層材料是氧化物和碳化物粉末，而複合粉末的熔覆性能還不夠穩定，關(guan) 於(yu) 激光熔覆陶瓷塗層技術主要存在的問題有以下幾個(ge) 方麵：

1、雖然激光熔覆的材料廣泛，但都不是專(zhuan) 門為(wei) 激光熔覆工藝開發的，在陶瓷材料的激光吸收性能和熔覆層結合強度等方麵缺乏針對性，需要對激光熔覆專(zhuan) 用材料進行研究開發；

2、熔覆層質量的穩定性差。由於(yu) 熔覆層和基體(ti) 材料的溫度梯度和熱膨脹係數的差異，可能在熔覆層中產(chan) 生氣孔、裂紋、變形和表麵不平等多種缺陷；

3、激光熔覆熱循環造成的殘餘(yu) 應力會(hui) 引起熔覆層裂紋；

4、隨著3D激光打印技術的日益發展，所遇到的一些問題如：陶瓷塗層與(yu) 基材界麵的結合性不好，易產(chan) 生微裂紋和氣孔缺陷等將隨著原材料選材和工藝優(you) 化得以解決(jue) ，有望實現產(chan) 業(ye) 化生產(chan) 。

針對這些問題，首先應該加強設計和開發適於(yu) 激光熔覆陶瓷材料，並對熔覆工藝參數進行優(you) 化研究，尤其是對抑製裂紋的方法深入探索，采用合理的預熱以提高結合度，熔覆後及時進行熱處理以消除殘餘(yu) 應力，避免微裂紋的形成。

參考來源：

[1]吳王平等.激光熔覆陶瓷塗層研究

[2]張萬(wan) 紅.激光熔覆陶瓷塗層的研究現狀及發展

[3]黃偉(wei) 容，肖澤輝.激光熔覆陶瓷塗層的研究現狀