超高速激光熔覆技术：比热喷涂更有效率

目前，零件的耐蚀、耐磨涂层主要是通过硬铬的电镀、热喷涂、或其它堆焊技术来修复。不过，这些技术的应用将会逐渐由于环境，健康等问题被取部分取代。为此德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（FraunhoferILT）和亚琛工业大学（RWTH－Aachen）的研究者开发出一种超高速激光熔覆技术，德文称之为EHLA。并荣获了2017年Fraunhofer创新奖（Fraunhofer最高奖项）。

保护零件免受腐蚀和磨损并不简单，标准的工艺如硬铬电镀、热喷涂、堆焊等技术均有各自的局限性。激光熔覆是比较常见的可替代工艺，但由于镀层速率以及精度的不足，还没有被广泛使用。而超高速激光熔覆技术，将革命性替代传统的涂层制备工艺。弗劳恩霍夫激光技术研究所的AndresGasser博士介绍说：“采用超高速激光熔覆技术，我们可以在短时间内完成大面积涂层的快速制备，熔覆层厚后按照工艺需求从0．1－0．25mm调整，对工件表面基本无损伤，和普通激光熔覆工艺的不同之处在于粉末在离工件一定距离处融化，并高速喷射到工件表面形成极薄的冶金层。

替代部分硬铬电镀技术

硬铬电镀是当前耐蚀、耐磨涂层制备最常用的技术之一，但是耗能较大。超高速激光熔覆技术如今为我们提供了更经济的方法，加工过程无需应用化学原料，非常环保。不同于电镀铬层，该技术制备的涂层与基体之间为冶金结合，涂层不易剥落。并且，超高速激光熔覆技术制备的表面涂层中没有硬铬层里常见的气孔和裂纹缺陷，其防护作用更持久、有效。

比热喷涂更有效利用资源

热喷涂技术同样也有不足之处，其加工过程粉末材料与气体消耗较大，材料利用率最大只有50％左右；并且涂层和基体的结合力较弱。由于热喷涂制备的涂层气孔较多，必须采用多层沉积方式制备（每层大约25－50μm厚）。相比于热喷涂方法，新开发的超高速激光熔覆技术材料利用率高达90％以上，明显提高了金属粉的利用率与经济性。单层涂层中不仅没有气孔，而且与基体结合牢靠。

比堆焊速度更快、应用更广

堆焊常用来生产高质量、坚固的涂层，传统的堆焊工艺如钨极惰性气体保护焊或等离子弧粉末沉积技术的涂层一般都较厚（约2－3mm），需要消耗大量材料。常规激光熔覆技术虽然已经可以制备较薄的涂层（约0．5mm－1mm），但在处理大零件表面时效率还是太低，所以目前为止只应用于某些特殊领域。该方法的另一问题是需要特定的熔池尺寸方可获得无缺陷的熔覆涂层：零件被局部熔化的同时，粉末通过送粉喷嘴直接送入到熔池内部。Gasser博士在阐述超高速激光熔覆新技术时强调，其工艺关键性是“粉未颗粒在熔池上方就被激光熔化”。这意味着粉末材料是以液态形式进入到熔池，而不是以固态颗粒状态，因此熔覆层会更加均质；而且，激光对基体材料的熔化量非常有限，只是表面的几个微米深度，而不是毫米尺度。

超高速激光熔覆速度比传统激光熔覆快100－250倍，使得激光对基体的热影响达到最小。因此，超高速激光熔覆可实现热敏感材料零件的涂层制备，传统方法因热输过高，这在之前是不可能实现的。同时，这种新工艺还可用于全新的材料组合，例如铝基材料或铸铁材料上涂层的制备。

一些高承载零件内壁对表面熔覆、修复的应用需求持续增加，希望具有卓越的耐磨、耐冲刷、耐腐蚀性能等，如轴承、模具、气缸、油缸、挤压筒、阀门等。随着产品服役性能、结构复杂度的提高，工业界对内壁激光熔覆、修复技术的适用极限尺度、多功能性与高质高效性提出了越来越高的应用需求。

不同于外壁激光熔覆，内壁激光熔覆加工头中激光束、粉末、冷却水都需在有限空间通过长距离传输到达光学头的顶端，为适应更小、更长内径零件的加工，内壁激光熔覆加工头要求具有高集成、高精度、高刚性的特性。

内壁激光熔覆光学系统，也称为ICO（Inner Cladding Optics），是内壁激光熔覆系统的核心部件， ACunity与Fraunhofer ILT的孵化企业IXUN GmbH建立联合实验室与制造工厂，针对工业界不同的应用需求，开发了系列型号内壁激光熔覆光学系统，对光路设计、轻量化结构刚性、水冷效果、粉末汇聚性能、集成度等持续优化升级，在最大延伸长度、最小适用内径范围不断挑战极限，可满足工业界大部分规格尺寸零件的内孔、内腔的激光加工需求。模块化的系统设计与多系列的内壁光学系统可满足内壁激光熔覆、激光修复、激光焊接、激光硬化等不同加工需求，一切外壁激光熔覆适用的材料均可应用。

亚琛联合科技的内壁激光加工系统在设计上充分考虑了应用便捷性，系统采用模块化设计，机床、机器人不同运动形式，配备不同规格的内壁光学系统，也可实现内、外壁激光熔覆的一体化集成。同时，针对不同产品特征、工艺需求，开发了内壁激光熔覆、修复、硬化等不同方法的配套工艺规范。

审核编辑：符乾江