中科中美3-5mm万瓦级激光用于碳化钨耐磨涂层的制备

       激光熔覆技术是一种绿色金属表面处理技术，该项技术自1974年由美国的科学家D. S. Gnanamuth提出以来，已在多个行业进行广泛推广应用。激光熔覆技术原理是将高功率密度激光束辐照到基材表面，使基材与熔覆层材料迅速熔化凝固，获得与基材冶金结合的涂层。新获得的激光熔覆涂层一般要求具有耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等优异性能。

   硬质相耐磨材料由粘接相与硬质相组成，分别起粘结作用和强化作用。粘接相与金属基材冶金结合，硬质相以固体颗粒形式分布在熔覆层内部，以提高耐磨性。常见的硬质相耐磨材料碳化钨具有高硬度、高熔点等特性，被广泛作为硬质相用于激光熔覆。WC为六方晶格结构，理论密度为15.77 g/cm³，熔点2 600～2 870 ℃，硬度可达2 000 HV以上，WC可与Co形成固溶体，与Co有好的湿润性。WC材料激光熔覆层具有较高硬度和耐磨性，但是在激光熔覆过程中，激光与熔覆层材料相互作用热历程会影响微观组织演化与热应力;熔池流动为WC颗粒在熔覆层中的分布提供驱动力;WC颗粒分解，使C和W元素随熔池流动与熔覆层中的其他元素发生相互作用，形成复杂化合物，尤其是C元素与空气中的O发生反应，会引发熔覆层气孔，作为裂纹源头，造成涂层开裂、腐蚀等失效问题。

   国内外多家高校科研院所围绕WC熔覆图层性能进行大量实验研究，通过控制改变工艺中的多项参数，实现涂层性能的提升和优化。常见解决WC熔覆图层的常见办法包括：

   1 控制激光扫描速度提高耐磨性。随着扫描速度的增大，底部柱状晶外延生长层宽度减小，组织晶粒细化，显微硬度增大，耐磨性提高。

   2 改变激光能量密度。WC颗粒溶解过程是渐变的，对于一个WC颗粒，部分WC溶解进入熔池，残余WC仍以颗粒形式存在，部分溶解可认为是一种热损伤过程。增加单位长度激光能量和降低扫描速度都会增大WC颗粒的溶解。

   3 电磁搅拌技术。电磁搅拌加速了熔池的传热、传质和对流过程，大大增加了熔池的过冷度并提高了形核率，使熔覆层组织细化和均匀化。

   4 预热工艺。预热是获得无缺陷涂层的必要前提。采用预热和制备缓冲涂层的方法，可实现了无缺陷NiCr/WC复合涂层。

   以上方法虽然对于WC激光熔覆涂层的气孔与裂纹问题能够起到一定的缓解作用，实际工业应用中WC材料大面积高效高质量激光熔覆加工仍然面临较大的技术挑战，除了具体的熔覆工艺之外，选择合适的熔覆系统至关重要。中科中美的3-5mm光斑10000瓦级高速熔覆设备，由于具体较高的能量密度，可实现较快的扫描速度，是实现组织晶粒细化，提供显微硬度，提高耐磨性的理想工具。