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1.2 国内外研究现状及发展 1.2.1 激光熔覆技术概况 激光技术作为 20 世纪的一项引人瞩目的科技发明，在材料加工方面应用特别广泛，而激光熔覆技术是激光加工技术中的一个重要的分支，给材料表面改性与零件加工技术中注入了新鲜的血液，成为一项新兴的技术。激光熔覆技术的最早提出和应用是在20世纪70年代，Gnanamuthu 申请到了这项专利；随后进入 80年代，激光熔覆技术逐步发展，在摩擦学、表面工程等领域成为研究热点，在 90 年代后，更是进入了前所未有的发展阶段[4,5]。在21世纪，随着各种高新技术的发展，激光熔覆技术有其广阔的应用前景，世界各国的研究开发机构将不断完善并形成各具特色的熔覆成形系统，完全实现自动化和智能化。 激光熔覆作为表面工程技术中一种节能省材、污染程度低、噪音小的先进加工技术，相比于较为传统的堆焊等表面处理技术有其显著的特点：(1)加热冷却速度快，工件变形小；(2)基体材料对熔覆层稀释作用小，保证形成高强度的冶金结合；(3)得到的组织均匀致密，综合性能好；(4)易实现自动化生产，大大减小工人的劳动强度；(5)适用度广，提高了材料利用率。激光熔覆是否能获得具有一定性能以符合使用要求的熔覆层，不仅和激光熔覆设备、基体材料的性能有关，还需要根据基体材料和最终构件服役的环境条件选择与基体材料匹配的熔覆材料以满足使用要求，此外，激光熔覆的工艺参数也是影响熔覆层性能的重要因素[6,7]。 激光熔覆设备中最关键的设备是激光器，目前应用较广泛的主要有 CO2 气体激光器、灯泵YAG 固体激光器、半导体激光器和光纤激光器。 CO2气体激光器功率大，效率高，效果好。但其结构庞大，且波长为 10.6μm 的激光不能通过光纤传导，灵活性受到极大限制，更不能到现场维修；灯泵 YAG固体激光器结构相对简单，波长为1064nm 的激光能够通过光纤传导，所以灵活方便，可与机器人手臂配合使用，适合现场维修。但由于其功率较低，数百瓦的能量在应用方面受到很大的限制；随半导体激光技术的发展而逐渐成熟的半导体激光器与常用的 CO2 气体激光器相比，输出功率相近，但其体积极小，使用条件简单，基本免维护，可现场维修涂覆，价格较低；与YAG固体激光器相比，功率大，能量大，体积更小更适合现场维修、耗电小、无维护、波长可调。
在目前的工业应用上，各种激光各显神通，相互弥补，不断完善。可以预测，在短期内，半导体激光器凭借其他激光器无可比拟的优势将在某些工业应用上有着很强的竞争优势。而光纤激光器的光束质量好，可以满足多种加工对象，加工精度高，速度快，寿命长，节省资源，且光纤传导易于集成，柔性好，易于实现智能化。本次研究所用的设备是 LYS-6000型 IPG 光纤激光器。 目前，国内外已有众多的研究成果证明了激光熔覆的应用价值，不仅局限于普通的碳钢、合金钢，铝合金、钛合金及一些特殊的合金也可以达到改善其表面性能的目的，此外，熔覆材料的研究范围也颇为广泛，包含了钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末、陶瓷粉末和复合粉末[8,9]。激光熔覆材料的性能直接决定了熔覆层的性能，所以在激光熔覆工艺中，选择合适的熔覆材料至关重要，而不断改良现有的熔覆材料也成为研究者们提高熔覆层性能的重要途径。按照材料成分构成，激光熔覆粉末材料主要分为金属粉末、陶瓷粉末和复合粉末等。目前，在金属粉末中,自熔性合金粉末的研究与应用最多最广泛[10]。自熔性合金粉末最大的特点就是在基体中加入 Si、 B等元素，由于Si、B等元素具有很强的脱氧性和自熔性，在激光熔覆的过程中，这些元素会优先和合金粉末中的氧以及工件表面的氧化物熔融结合，从而生成低熔点的硅硼酸盐等覆盖在熔池表面，防止了液态金属的过度氧化，改善了熔体对基体金属的润湿能力，减少了熔覆层中的夹杂物和含氧量，提高了熔覆层的工艺性能。 熔覆材料的选择不仅要考虑熔覆层材料的使用性能，还要保证材料有良好的涂覆工艺性，从而降低熔覆层对气孔、裂纹等缺陷的敏感性，得到性能优良的熔覆层。本文主要选用了在工程中被广泛应用的自熔性合金粉末中的镍基合金粉末作为熔覆材料。 但随着复合材料的发展，熔覆材料将逐步向这一方向发展，汲取各种材料的优点，使激光熔覆技术取得新的成果。