摘要：据悉，同济大学、上海市金属功能材料应用开发重点实验室及深圳大学的科研人员综述报道了超高速激光熔覆涂层的研究进展：工艺、材料和性能。相关论文以“A review on coatings deposited by extreme high-speed laser

长三角G60激光联盟导读

据悉，同济大学、上海市金属功能材料应用开发重点实验室及深圳大学的科研人员综述报道了超高速激光熔覆涂层的研究进展：工艺、材料和性能。相关论文以“A review on coatings deposited by extreme high-speed laser cladding: processes, materials, and properties”为题发表在《Optics & Laser Technology》上。

重点：

1.综述了工艺参数对超高速激光熔覆（EHLA）涂层厚度的影响，并探讨了工艺参数对缺陷形成的作用机制。在获得高表面质量涂层的前提下，降低功率可显著减小涂层与基体之间的温度梯度，从而防止涂层因热膨胀而产生裂纹。使涂层厚度最小化需要提高扫描速度并匹配合适的送粉速率，这意味着气孔逸出的路径更短。

2.列出了影响不同材料体系中涂层性能（耐腐蚀性、耐磨性、耐高温性）的因素。超高速激光熔覆提高涂层性能的主要原因是微观组织细化和成分的均匀分布。

3.详细总结了高能激光作用下熔池中缺陷的产生机制和消除方法。除了控制工艺参数外，在外部场作用下制备超高速激光熔覆涂层也是消除缺陷的有效方法。

近年来，工业领域对具有优异耐高温、耐磨、耐腐蚀等性能的关键零部件有了更高的要求。在零件表面制备高性能涂层被认为是一种高效且经济的方法。作为一种新型表面处理技术，超高速激光熔覆（EHLA）因其高熔覆效率和快速冷却速率而受到越来越多的关注。超高速激光熔覆能够在低热输入的情况下，使涂层与基体之间保持良好的冶金结合。它能显著促进微观组织的细化和成分的均匀分布。此外，优化超高速激光熔覆参数可以控制涂层厚度并抑制缺陷的形成。本文从熔覆工艺优化、工艺模拟、材料体系和缺陷类型等方面详细介绍了超高速激光熔覆技术的研究进展。同时还总结了工艺参数的设置、影响超高速激光熔覆涂层性能的因素以及缺陷的形成机制。

关键词：超高速激光熔覆；涂层；参数优化；缺陷分析

图1.（a）传统激光熔覆（CLA）和（b）超高速激光熔覆（EHLA）的熔覆工艺示意图

图2.超高速激光熔覆的特定应用领域以及该工艺的显著优势

图3.激光熔覆工艺特点示意图以及需要重点关注的关键参数

图4.不同扫描速度下激光熔覆制备的Ni45涂层的形貌：（a）0.6米/分钟，（b）37.68米/分钟，（c）58.02米/分钟，（d）76.86米/分钟

图5.超高速激光熔覆涂层的激光功率-沉积速度工艺图，以及不同激光功率和沉积速度下制备的涂层表面形貌

图6.随着送粉速率增加（从上到下）的涂层截面显微图

图7.不同搭接率的超高速激光熔覆涂层的形貌：（a）30%，（b）40%，（c）50%，（d）60%，（e）70%，（f）80%，（g）85%，（h）90%

图8.超高速激光熔覆涂层冷却阶段的应力演化过程

图9.粉末粒径对激光能量衰减的影响。(a)不同粉末粒径下环形熔覆喷嘴的粉末汇聚情况。(b)激光能量衰减效果随粉末粒径的变化情况

图10.提高超高速激光熔覆（EHLA）涂层性能的因素总结

图11.（a）超高速激光熔覆（EHLA）和（e）传统激光熔覆（CLA）制备的涂层微观结构。超高速激光熔覆制备的涂层的扫描电镜（SEM）图：(b)顶部，(c)搭接处，(d)键合处。传统激光熔覆制备的涂层的扫描电镜图：(f)顶部，(g)搭接处，(h)键合处

图12.（a）基体和（b）超高速激光熔覆Ni60涂层磨痕的三维和二维截面轮廓

图13.涂层截面的微观结构：(a)EHLA-1，(b)EHLA-LR1，(c)EHLA-3，(d)EHLA-LR3。(c1–c3) 为图（c）的放大图

图14.激光粉末床熔融中的气孔动力学及消除机制

图15.熔覆速度为100米/分钟时涂层的显微组织

本文总结了近年来超高速激光熔覆（EHLA）的研究进展，并从工艺探索、数值模拟、材料体系和现存问题这四个方面详细介绍了超高速激光熔覆的研究现状。此外，还探讨了一些解决超高速激光熔覆问题的建议。最后，提出了超高速激光熔覆领域以下重要的研究方向以及未来可能的研究趋势。

(1)由于超高速激光熔覆是一个多场相互作用的过程，熔池的温度场、应力场和粉末相互作用场应与实际的微观结构相结合进行研究。

(2)对基体的热输入是超高速激光熔覆中的一个关键问题，因为它与涂层缺陷直接相关。此外，确定如何控制热输入，使粉末完全熔化，从而让涂层与基体形成冶金结合，同时又不产生稀释现象，这是值得关注的问题。

(3)优化设置合理的熔覆参数，来消除裂纹、气孔和元素偏析等缺陷。也可以采用外部场辅助技术，但这种技术可能会导致涂层成分发生变化。

(4)尽管研究人员对超高速激光熔覆给予了高度关注，但目前的研究主要集中在合金方面。仍有许多问题有待解决，例如非晶合金的结晶、高熵合金涂层的润湿性以及相变等问题。复合材料的优异性能可能会使复合涂层成为一个发展方向。

论文链接：

长三角G60激光联盟陈长军转载

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来源：江苏激光联盟