激光熔覆（LC）

激光熔覆（LC）是一种先进的表面改性与增材制造工艺。激光束熔化送入材料及基体表面的薄层，从而形成牢固的冶金结合。

工艺原理

• 光束产生： 高功率二极管激光器、光纤激光器或 CO₂ 激光器产生聚焦激光束。
• 熔池形成： 激光照射部件表面，瞬间在基体局部形成熔池。
• 材料输送： 通过专用喷嘴将送入材料持续输送至激光作用区。材料可以是由惰性气体输送的金属粉末，也可以是金属丝材。
• 熔化与合金化： 送入材料在熔池中熔化，并与基体材料混合。
• 凝固： 随着激光头移动，熔融金属快速冷却，形成致密的熔覆道。
• 涂层形成： 连续且相互搭接的熔覆道形成完整的耐磨涂层或修复层。

激光熔覆的优势

• 冶金结合： 与主要形成机械结合的 APS、FS 和 HVOF 喷涂不同，激光熔覆在冶金层面实现材料融合，具有极高的抗剥离能力。
• 稀释率低： 基体材料在熔覆层中的占比仅为 3–5%，因此从第一层起即可保持送入材料的性能。
• 热影响区（HAZ）极小： 局部激光加热可减少部件的翘曲、变形和组织变化。
• 致密性极高： 熔覆金属几乎无孔隙，孔隙率通常低于 0.1%。
• 材料利用率高： 精确定位激光束可减少后续精加工所需的加工余量。

缺点与限制

• 初始成本高： 激光系统、机器人操作设备和光学加工头需要较高的资本投入。
• 开裂风险： 极快冷却可能导致硬脆合金，尤其是高碳化物含量合金产生裂纹，因此可能需要预热。
• 大体积加工效率： 对于厚壁或大体积结构，熔覆效率低于传统电弧焊；但激光熔覆的质量更高。
• 安全要求： 必须采用专用防护罩或封闭工作舱，以隔离危险的激光辐射。

应用领域

• 修复与再制造： 修复磨损的曲轴轴颈、涡轮转子、花键、轴承配合面及安装表面。
• 重型机械： 保护矿山和钻井设备液压缸活塞杆，防止腐蚀和划伤。
• 电力行业： 在阀门和闸阀的密封面熔覆耐热、耐冲蚀的司太立合金。
• 3D 打印（DED）： 采用逐层定向能量沉积技术，从零开始制造复杂金属部件。