定义
在激光的帮助下，在金属基表面上沉积金属包层。
在制造技术，特别是金属加工的背景下，覆层意味着某种材料沉积在另一种材料上 - 例如，其他金属上的金属层。 有各种熔覆技术，其中一些不涉及激光。 激光辅助熔覆工艺使用以激光束形式提供的激光吸收作为所需的热源，例如代替气体火焰或电弧。
激光熔覆的主要应用是使机床表面更耐磨损、耐腐蚀或温度冲击。 许多行业都会遇到这样的挑战，例如当机器零件暴露在强大的力、热的腐蚀性废气、海水或磨蚀性物质中时。 激光涂覆层通常具有实质性的优势，特别是在使用寿命或维修可能性方面。
激光熔覆可以应用于零件的原始制造过程，也可以应用于以后的翻新或维修。 修复对象的示例包括涡轮叶片、齿轮和切削工具。 覆层可以应用于大面积区域，也可以仅应用于孤立的关键区域。
与激光合金化等其他方法相比，熔覆工艺仅涉及适度加热，无需熔化基面，因此界面处的材料不会大量混合 - 仅形成足够强的冶金结合。 由于材料在相对较高的温度下已经完全固化，因此在快速冷却的情况下，大量的机械应力可以“冻结”到微观结构中，但可以通过退火工艺来降低冷却速度。
激光熔覆也称为堆焊 与其他激光焊接方法相比，其目的不是连接不同的固体部件，而是用以不同形式应用的材料（例如粉末或线材）形成熔覆。 通常，与基层的厚度相比，包层的厚度较小。
由于添加了某种层，因此激光熔覆属于激光增材制造的方法。
图1：使用激光熔覆制造3D结构。资料来源：弗劳恩霍夫IWS，德国德累斯顿。
激光熔覆工艺
典型的工艺包括激光加工头在表面上缓慢移动，同时将包层材料供应到光束聚焦区域。激光的吸收会导致该材料熔化，但是当激光束移开时，它会迅速凝固，与基材形成坚固的接头。
包层材料通常以热（电阻加热）或冷丝的形式提供，或以粉末流的形式提供，由工艺气体输送。 有时，该材料进给完全集成到激光加工头中（同轴进给），而在其他情况下，它从侧面连接到头部（横向进给）。
图2：激光熔覆，使用激光加工有送丝。
在某些情况下，除了包层材料外，还涂覆工艺气体。 它可以保护所涉及的金属（特别是包层金属）免受氧化，从而提高结果的质量。
虽然在许多情况下，所描述类型的单个熔覆工艺就足够了，但在后续步骤中可以逐层构建较厚的包层。 在某些情况下，会采用额外的激光铣削来实现更好的最终顶面质量。
激光功率、光斑尺寸和形状、移动速度和供应熔覆材料量等工艺参数需要优化，以便在给定的材料组合下获得最佳效果。 自动激光熔覆机可以自动控制这些参数，也可能使参数适应可变的运动速度。 在自动化过程中也可以使用额外的过程监控设施。
包层材料
常用的包层材料是镍，钴或钛的铁合金，沉积在铁或钢上，有时沉积在其他贱金属上，例如铝或钛合金。 包层合金的熔点通常比母材低得多，因此它们可以在不熔化该基体的情况下熔化。
除了材料成分外，制造熔覆层的微观细节也会对包层获得的冶金性能产生重要影响，包括其耐磨性或温度变化的应力。 这些属性反过来又取决于过程细节。
二手激光器
不同类型的激光器可用于熔覆工艺：一氧化碳2激光器、固态激光器和直接二极管激光器。 后者因其高壁插效率而变得非常流行。
激光的连续波操作通常是合适的，并且所需的光学强度适中，例如与激光切割所需的光强度相比。 在足够的激光功率下，激光光斑尺寸可以相对较大，以实现高加工速度。
可以使用垂直于运动方向的较长方向的椭圆光束焦点，特别是对于高功率操作。
类似方法
关于结果的类似方法是激光电镀，但这里的沉积层的厚度通常要小得多，并且工艺细节也可能大不相同。
还有激光镀膜技术；与激光熔覆的差异在于更广泛的材料选择和通常更小的涂层厚度。
另一种激光辅助材料沉积方法是脉冲激光沉积。 在这里，激光束不直接与工件相互作用。 相反，脉冲紫外线束击中一些目标材料，从那里将材料溅射到要涂覆的基板上。 整个过程在真空室中完成，可能使用一些低压工艺气体。 使用的目标材料范围很广，包括氧化物、亚硝酸盐、碳化物、陶瓷、金属甚至聚合物。
