激光熔覆（Laser Cladding）是一种利用高能激光束将基材表面和外部材料（如合金粉末或陶瓷粉末）同时熔化，通过快速凝固形成冶金结合涂层的技术。其基本原理可以分为以下几个关键步骤和特点：
1. 激光加热与熔池形成
激光辐照：高能激光束（通常为红外波段，波长1-10μm）聚焦在基材表面，瞬间产生高温（可达几千摄氏度），使基材表层和添加的材料（粉末或丝材）迅速熔化，形成熔池。
熔池动态：激光束移动时，熔池随着激光扫描轨迹动态变化，熔化的材料在激光作用下流动并混合。
2. 材料添加与冶金结合
材料添加方式：
同步送粉：在激光熔覆过程中，通过送粉装置将金属粉末（如镍基、钴基、铁基合金或陶瓷粉末）同步喷入熔池。
预置粉末法：预先将粉末铺设在基材表面，再通过激光扫描熔化。
冶金结合：熔池中的基材与添加材料在高温下充分混合，冷却后形成与基材呈原子级冶金结合的涂层，结合强度高（剪切强度可达300MPa以上）。
3. 快速凝固与致密化
快速冷却：激光熔覆的熔池冷却速度极快（可达10³-10⁶ K/s），导致涂层形成细小的晶粒结构，组织致密，孔隙率低（可低于5%）。
低稀释率：由于激光能量集中且热影响区小（通常控制在0.1-1.2mm），基材与涂层的稀释率较低（一般5%-8%），涂层成分更接近添加材料。
4. 关键工艺参数
激光熔覆的效果受以下参数协同控制：
激光功率：影响熔池深度和宽度。功率不足会导致粉末未完全熔化；功率过高可能引起基材过度熔化或裂纹。
扫描速度：决定熔覆层厚度和冷却速率。速度过快可能导致涂层与基材结合不良，过慢则可能产生过热缺陷。
送粉速率：需与激光功率和扫描速度匹配。送粉过多会导致熔池无法完全吸收粉末，送粉过少则可能形成空洞。
气体保护：通常使用惰性气体（如氩气）保护熔池，防止氧化和污染。
5. 与传统技术的对比优势
可控性：激光能量集中且可精确调控，热输入小，对基材热影响区小，适合精密加工。
稀释率低：相比等离子喷涂或堆焊，激光熔覆的稀释率更低，涂层性能更稳定。
材料选择广：可使用金属合金（镍基、钴基等）、陶瓷或复合材料，满足耐磨、耐蚀、耐热等多种需求。
环境友好：无需电极或化学试剂，污染小。
6. 应用场景
激光熔覆广泛应用于：
表面改性：如燃气轮机叶片、轧辊、齿轮的耐磨/耐蚀涂层。
修复与再制造：修复磨损零件（如模具、航空发动机部件），成本仅为重置的1/5。
增材制造：通过逐层熔覆构建复杂三维零件（如航空航天结构件）。
激光熔覆的核心原理是利用激光的高能量密度，通过精确控制热输入和材料添加，实现基材与添加材料的冶金结合，从而在基材表面形成高性能的涂层。其技术优势在于结合强度高、稀释率低、工艺灵活，是现代表面工程和增材制造的重要手段。
