高平整激光熔覆涂层 使用圆光斑？还是使用矩形光斑？上海
绝大多数工业用户在激光熔覆时，都希望熔覆涂层的表面有较高的平整度。表面越平整，后续磨抛加工量越少，越节省金属粉末，生产成本就越低。实际工作中，激光熔覆涂层是由多道熔覆叠加而成的，激光熔覆涂层平整度主要受单道熔覆的平整度、单道熔覆的厚度以及相邻两道熔覆之间的搭接率三个因素影响。
由于液态金属的表面张力和润湿性的共同作用，当单道熔覆宽度较小时（使用3mm-5mm的圆光斑 ），熔道表面是凸面而不是平面；当单道熔覆宽度较大时（使用10mm-30mm的矩形光斑），由于送粉均匀性和光斑强度均匀性等因素的影响，单道熔覆层也不是一个理想的平面。
激光熔覆时，相邻熔道必须有一定的重叠量,也就是说相邻熔道存在搭接，如图1所示。图中，W为单道熔覆宽度，D为搭接宽度。D与W的比值
R=D/W×100%，
称为搭接率，R表示相邻熔覆道间的搭接程度。图1 中d被称为步进，也就是每熔覆一道前进的距离。如果使用步进d，搭接率可表示为
R=(W-d)/W×100%
从上式可以看出，步距越小，搭接率越大，也就是相邻熔道的重叠量越大。
图1 熔道搭接示意图
若使用矩形光斑，搭接率一般小于50%，搭接率太大会影响熔覆效率。如果搭接率为50%，理论上可以避免涂层的搭接起伏。如果搭接率小于50%，相邻熔道之间搭接肯定会引起涂层厚度的波动。假设激光熔覆单道熔覆层厚度为1mm，那么涂层最薄处厚度为1mm，最厚处理论上大约为2mm(实际会小一些)，因此长矩形光斑理论上无法实现熔覆涂层较高的平整度。
要实现较高的平整度，必须采用3-5mm的圆光斑。使用3-5mm圆光斑制备熔覆涂层，其过程与矩形光斑的工作原理截然不同。矩形光斑是通过单层（最多2层）达到需要的熔覆厚度，而3-5mm圆光斑的熔覆厚度是通过多层叠加实现的。假设熔覆光斑为5mm，步进为1mm（搭接率为80%），假设最终涂层的厚度为1mm，这个1mm的涂层实际上是由5层厚度为0.2毫米熔道叠加而成的。这是小圆光斑激光熔覆与矩形光斑激光熔覆的重大差别。通过3-5mm圆光斑激光熔覆可以实现较高的平整度（10微米以下）。图2为中科中美3-5mm圆光斑高速激光熔覆涂层平整度的检测结果，平整度达到Ra5-6um。
图2 高速激光熔覆层平整度检测
通过以上分析可以得出如下结论：熔覆光斑形状尺寸决定着熔覆涂层的制备过程。3-5mm圆光斑的熔覆过程搭接率较高，通过多层熔覆层叠加达到需要的熔覆厚度，这是实现较高平整度涂层的最佳方式。
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