超高速激光熔覆相比较传统激光熔覆的特性分析

　　非常高速激光熔覆是一种基于激光热源的表面制造技术，其特殊的熔化形式不同于传统的激光熔覆技术。

　　一方面非常高速激光熔覆提高了激光能量密度，传统激光熔覆光斑直径约为2—4 mm，而非常高速激光熔覆光斑直径小于1 mm，在相同激光能量输入条件下，小光斑区域的激光能量密度更高。传统激光熔覆的激光能量密度约为70—150 W/cm2，而非常高速激光熔覆的激光能量密度高达3 kW/cm2。

　　另一方面，在传统的激光熔覆工艺中，未熔化的粉末直接送入熔池而非常高速激光熔覆调整了激光、粉末和熔池的会聚位置，使粉末的会聚位置高于熔池的上表面，会聚的粉末在进入熔池前被激光照射熔化。通过工艺调整，非常高速激光熔覆的沉积速率比常规激光熔覆大大提高。

　　在传统的激光熔覆工艺中，为了使固体粉末材料在送入熔池后充分熔化，需要较大的激光能量来保证熔池持续较长的时间。这导致沉积速率只有0.5—2 m/min，无法提高加工效率。另外，传统激光熔覆中激光能量的利用率只有60%—70%，熔化粉末的能量只占总能量的20%—30%。大的热输入容易形成大的热影响区。在非常高速激光熔覆过程中，固体粉末材料在熔池上方被激光照射熔化，在重力和载粉气流的作用下进入熔池，使熔池不需要提供热量来熔化，从而缩短了熔池的持续时间，沉积速率提高到20—500 m/min。沉积效率也从传统激光熔覆的50cm2 /min提高到500 cm2 /min。非常高速激光熔覆过程中约90%的激光能量用于熔化粉末，剩余能量用于熔化基体材料形成冶金结合界面。这种形式的能量分布对基体的热损伤较小。此外，非常高速激光熔覆更****的激光利用率可以降低熔覆过程中对激光能量的需求，使传统激光熔覆在1~2 kW能量输入下沉积效率可达3— 4 kW。这有利于降低激光熔覆的设备成本。同时，独特的激光-粉末匹配设计使非常高速激光熔覆粉末利用率达到90%以上。