激光熔覆技术是一种材料表面改性的方法，它以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料，经激光幅照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低、与基体成冶金结合的表面涂层，可以获得一般平衡状态下难以获得的优异组织性能，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性，从而达到表面改性或修复的目的。它对于基材的要求无任何限制，可根据使用性能要求设计涂层的成分组成，在较为廉价的材料上制备出性能优异巨具有高结合强度的表层，这是其他表面处理工艺所无法比拟的。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。
1.熔覆材料
常用激光熔覆材料主要包括镍基、铁基、钴基、铜基自熔合金，以及上述合金与碳化物（WC、TiC、SiC等）颗粒组成的金属陶瓷复合粉末，以及Al2O3、ZrO2等陶瓷材料等。适用的工件基材包括钢铁、铝合金、铜合金、镍合金和钛合金等。
2.熔覆工艺的类型
激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。
预置式激光熔覆是将熔覆材料预先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理→预置熔覆材料→预热→激光熔化→后热处理。
同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理→送料激光熔化→后热处理。
按工艺流程，与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。
3.激光熔覆成套设备
激光熔覆成套设备由激光器、冷却机组、送粉机构、加工工作台等组成。激光器的选用CO2激光器或固体激光器。
4.激光熔覆工艺方法和工艺流程
1）合金同步法。是指采用专门的送料系统在激光熔覆的过程中将合金材料直接送进激光作用区，在激光的作用下基材和合金同时熔化，然后冷却结晶，形成合金熔覆层。该方法的工艺过程简单，合金材料利用率高，可控性好，易于实现自动化，实际生产中较多采用。其工艺流程为：基材表面预处理→预热→送料激光熔化→后热处理。
2）合金前置法。是指将待熔覆的合金材料以一定方法预先覆盖在材料表面，然后采用激光束在合金覆盖层表面扫描，使整个合金覆盖层及一部分基材熔化，激光束离开后熔化的金属快速凝固，而在基材表面形成以冶金结合的合金熔覆层。其工艺流程为：基材表面预处理→预置熔覆材料→预热→激光熔化→后热处理。
5.熔覆工艺参数
熔覆的工艺参数主要有：激光功率、扫描速度、光斑面积、送粉量等。
6.轴类零件的激光熔覆修复工艺
1）预处理工序。包括工件表面除油、除锈，喷砂清理（进一步清理），熔覆前处理（将需要激光熔覆的区域清洗干净，将存在明显缺陷的区域整平）。
2）质量检验工序。采用磁粉探伤、X射线探伤、荧光探伤或显示剂探伤法对清洗干净的表面进行探伤，确定有无明显的缺陷区域存在。
3）激光熔覆。采用合金粉末进行激光熔覆，不需要预热，不产生冶金裂纹，硬度最高可以达到63HRC。
4）后续加工处理。包括激光熔覆区域的抛磨修整与后处理，必要时喷耐磨涂层。
5）质量检验与验收。检验方法同修复步骤2，确认激光熔覆处理后零件表面无各种缺陷，即可进行验收。(https://www.xing528.com)
经过上述处理工序，可以将轴类零件复旧如新。
7.大型齿轮的激光淬火与修复工艺
1）工艺流程。将大型齿轮装夹到激光加工机床上，清洗齿轮齿面的油污和锈斑，在需要激光加工的齿面及轴颈部分喷涂吸光涂料，再用激光加工程序对齿面（齿顶、齿根等）进行淬火处理。
2）淬火工艺参数。激光淬火后齿面的硬度范围可以控制在35～45HRC之间，淬硬层深度为0.4～0.6mm，激光功率2.0～3.5kW，淬火扫描速度为10～50mm/s。根据齿轮齿面、齿根和齿顶对材料表面的不同硬度要求，采用数控系统分段分区改变工艺参数，获得相应的激光淬硬层。激光淬火后不用回火处理，齿面的表面粗糙度基本不变。
3）激光熔覆工艺指标。激光熔覆的单层厚度根据需要可以在0.2～2.5mm之间调节。激光熔覆层的硬度可以根据工件的需求在25～60HRC之间调节。对于大型钢齿轮，在无预热条件下可直接熔覆，熔覆层均匀、连续，无裂纹、气孔等冶金缺陷。
8.涡轮叶片的激光熔覆与修复工艺
1）预处理工序。基本工序同前。
2）需要补焊的缺陷检测。通过肉眼观察和实验仪器检测，探测需要进行修复的区域，包括磨损区域、裂纹区域等，并记录所需要修复的位置。
3）激光熔覆。对于叶片中的微细裂纹，如果采用脉冲YAG激光进行修复，可以获得更加理想的效果。激光修复叶片分为两类，一类是显微裂纹的修补，另一类是磨损叶片顶端的接长。采用脉冲激光熔覆技术，通过控制激光输入的能量、重复频率数和激光扫描速度，可以控制激光熔覆层不产生裂纹。采用CO2激光进行熔覆处理，可以获得很好的效果。
4）后续加工。对修复的叶片进行研磨、抛光修整，使外观尺寸达到图样要求。
5）质量检测。对修复好的涡轮盘进行质量检测，确认所有修复部位质量达到要求。
6）精整处理。对检验后的涡轮盘进行表面喷涂涂层等精整处理。
9.修复应用实例
激光熔覆主要应用于两个方面，一是对材料的表面改性，如燃气轮机叶片，轧辊，齿轮等；二是对产品的表面修复，如转子，模具等。有关资料表明，修复后的部件强度可达到原强度的90%以上，其修复费用不到重置费用的1/5，可缩短维修时间，解决了大型企业重大成套设备连续可靠运行所必须解决的转动部件快速抢修难题。另外，对关键部件表面通过激光熔覆超耐磨抗蚀合金，可以在零部件表面不变形的情况下大大提高零部件的使用寿命。对模具表面进行激光熔覆处理，不仅提高模具强度，还可以使制造成本降低2/3，制造周期缩短4/5。
热锻模一般采用5CrNiMo或5CrMnMo合金工具钢制造，锻模在高温和一定载荷条件下工作，工况条件恶劣，要求模具表面需具有良好的高温强度、耐热疲劳性能及耐磨性能，而采用激光熔覆表面处理技术可以实现上述要求。根据热锻模的实际工作情况，确定热锻模的表面涂覆材料为碳化物复合粉末NiCrAl/Cr3C2，工艺方法为合金同步法。具体工艺操作过程如下：
1）基材熔覆表面预处理。将基材表面加热到300～450℃去油，或者用有机清洗剂去油。用喷砂处理去除基材表面的锈蚀，并使其粗毛化，利于粉末的附着。
2）预热。在火炉内加热，使基材表面加热到一定的温度，适当减少基材与熔覆层之间的温差以减小熔覆层冷缩产生的应力。
3）同步送粉激光熔化。为保证熔覆质量，正确选择激光功率、扫描速度、光斑直径和送粉量，以保证激光光斑内的光功率密度分布均匀，使粉末流的形状与光斑的形状和尺寸相匹配，严格控制粉末流与基材、激光束三者间的相对位置。一般功率密度为103～108W/cm2时，熔覆过程在0.1～1s内完成。
4）后热处理。采用炉内加热保温，充分后随炉冷却，以消除熔覆层的残余应力。
5）机械加工。进行机械加工并检查表面处理质量。
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