激光熔覆高硬度、耐磨和耐高溫涂層

為了防止在高速、高溫、高壓和腐蝕環(huán)境下工作的零部件因表面局部損壞而報廢，提高零部件的使用壽命，世界各國都在致力于研發(fā)各種提高零件表面性能的技術。傳統(tǒng)的表面改性技術（如噴涂、噴鍍、堆焊等）由于層間結(jié)合力差和受固態(tài)擴散差的限制，應用效果并不理想。大功率激光器和寬帶掃描裝置的出現(xiàn)，為材料表面改性提供了一種新的有效手段。激光熔覆是經(jīng)濟效益高的新型表面改性技術，它可以在廉價、低性能基材上制備出高性能的熔覆層，從而降低材料成本，節(jié)約貴重的稀有金屬，提高金屬零件的使用壽命。

現(xiàn)代飛機制造中大量使用鈦合金和鋁合金，例如美國的第四代戰(zhàn)機F-22機體鈦合金的使用量已達到41%，而美國先進的V2500發(fā)動機鈦合金的用量也達到了30%左右。鈦及鈦合金具有高比強度、優(yōu)良的耐腐蝕、良好的耐高溫性能，可以減輕機體重量、提高推重比。鈦合金的缺點是硬度低、耐磨性差。純鈦的硬度為150～200HV，鈦合金通常不超過350HV。在很多情況下，由于鈦及鈦合金表面會生成一層致密的氧化膜從而起到防腐蝕的作用，但是在氧化膜破裂、環(huán)境惡劣或發(fā)生縫隙腐蝕時，鈦合金的耐腐蝕性能將大大降低。

2000年首飛的美國F-35戰(zhàn)機上鋁合金總用量在30%以上。但是鋁合金的強度不夠高，使用時易生產(chǎn)塑性變形，特別是鋁合金表面硬度低、耐磨性很差，在某種程度上制約了它的應用。

經(jīng)過激光熔覆的鈦合金表面顯微硬度為800-3000HV。用激光熔覆技術對鋁合金表面進行表面強化是解決鋁合金表面耐磨性差、易塑性變形等問題的有效方法。與其他表面強化方法相比，該方法強化層與鋁基體之間具有冶金結(jié)合特點，結(jié)合強度高。熔覆層的厚度達到1～3mm，組織非常細小，熔覆層的硬度高、耐磨性好，并具有較強的承載能力，從而避免了軟基體與強化層之間應變不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生裂紋。另外，在鈦合金、鋁合金表面熔覆高性能的陶瓷涂層，材料的耐磨性、耐高溫性能等可以得到大幅度提高。