1.1 激光熔覆的原理
激光熔覆技術是以不同的填料方式,，在被熔覆基材表面上放置被選擇的合金材料,，利用高能激光束輻照,，與基材表面一薄層同時快速融化,、擴展,、冷凝,，從而形成稀釋率極低(一般小于5%),，與基材形成合金的表面涂層,，改善金屬表面耐磨、耐蝕,、耐高溫抗氧化特性的技術工藝方法,。
1.2 激光熔覆的特點
激光熔覆技術與電鍍、噴涂,、堆焊和氣相沉積等傳統(tǒng)工藝相比較,，其優(yōu)點是：
(1)熔覆層組織均勻致密，微觀缺陷少,，與基材結合強度高,，稀釋率可控性好。
(2)激光能量密度高,，作用時間短,，冷卻速度快，組織具有快速冷凝的特性,，基材熱影響區(qū)小,，熱變形量小,。
(3)激光熔覆為無接觸加工，易于實現(xiàn)自動化,，能進行選區(qū)熔覆,。
(4)熔覆厚度可控，單道一次可熔覆可在0.2～2.0 mm范圍內(nèi),。
(5)激光熔覆層硬度高,、韌性好、工件使用壽命可提高5～8倍,。
(6)具有節(jié)能,、環(huán)保等特性。
1.3 可修復的基本材料和熔覆材料
激光熔覆技術可修復低碳鋼,、中碳鋼及各類合金鋼,、不銹鋼、鑄鐵,、銅及銅合金,、鋁及鋁合金等。
根據(jù)基材的不同性能要求,，可選擇不同成分的鐵基,、鎳基、鈷基自熔性粉末及復合粉末,。激光熔覆粉末的選擇是決定激光熔覆層質(zhì)量性能的關鍵因素,，鐵基粉末主要有：Fe30、Fe45,、Fe60等,。鎳基粉末主要有：Ni20、Ni25A,、Ni45,、Ni60等。鈷基粉末主要有：Co42A,、Co42B,、Co42C、Co50等,。粉末具有良好的靈動性,、自熔性、潤濕性和熔覆性,。
1.4 激光熔覆層優(yōu)異性能與顯微組織的關系
熔覆層底部,，組織為逆熱流方向生長的典型的樹枝晶，在熔覆層與基體表面處有一狹窄的白亮帶,，其組織為平面晶,，呈現(xiàn)冶金結合特征,，結合強度高，見圖1,。
圖1 熔覆層底部顯微組織SEM像
激光熔覆過程的快速凝固能夠獲得良好的樹枝晶顯微結構,，組織致密，原位生成的危險顆粒增強粒子,，如碳,、磞或硅化物彌散分布于樹枝晶內(nèi)，能夠起到顆粒彌散強化和細晶強化作用,。同時高溫度梯度下遠離平衡態(tài)的快速冷卻條件,，是凝固組織中形成大量的過飽和固溶體，晶格產(chǎn)生畸變,，因此熔覆層具有硬度高,、耐磨性好、耐腐蝕,、耐高溫、抗氧化等綜合性能,。
現(xiàn)代港機驅(qū)動部分是由大功率電機,、減速箱等組成，由于受設備不間斷使用時間長,，工作環(huán)境惡劣等因素影響,，電機和減速箱長時間運行后，各個部件會出現(xiàn)不同程度的磨損,，嚴重的會影響設備的正常使用,。
減速箱傳動部位局部摩擦損壞，特別是軸承和殼體接觸面部位殼體內(nèi)孔是容易磨損的部位,，處理不當會造成整臺減速箱報廢,。
2.1 激光熔覆技術在電機轉子軸維修中的應用
電機轉子軸是電機的核心部件，承載著電機組成部件間的尺寸配合與安裝,，轉子軸在工作過程中,，磨損與撞擊程度通常很嚴重。
利用激光熔覆技術對轉子軸軸身端及軸承室危機進行修復與再造,，激光熔覆層與基體為冶金結合,，同時可較好選取熔覆材料填補較大的溝痕、坑,、洞等缺陷,，適用于變形較大的軸類，熔覆層硬度可達HRC5以上,，是傳統(tǒng)的刷鍍,、噴涂,、堆焊等維修工藝無法比擬的。港機設備中電機多為大功率電機,，價格高昂,，維修難度大，利用激光熔覆技術能對電機軸進行維修,，能有效降低維護成本,。
2.2 激光熔覆技術在減速箱軸修復中的應用
減速箱經(jīng)過長時間高負荷運轉后，其高速軸和低速軸會出現(xiàn)磨損,，產(chǎn)生溝槽,，與密封圈配合不良，導致漏油,。通過激光熔附技術修復減速箱軸的溝槽,，同時更換新油封，能較好地解決減速箱軸端漏油問題,。
2.3 激光熔覆技術在減速箱體軸孔修復中的應用
利用激光熔覆技術,，選用耐磨性能大大高于基材的粉末，對減速箱殼體內(nèi)孔磨損表面進行修復,，將受損傷部位恢復原設計尺寸后,，硬度達HRC55以上，且熔覆層與基體為冶金結合,，結合強度高,，可大幅度提高內(nèi)孔表面的抗磨損能力，使壽命為傳統(tǒng)修復工藝的5～6倍,，遠遠超過了原有新件的技術指標,，見表1。
表1 激光熔覆技術與傳統(tǒng)刷鍍工藝對比
工藝方法環(huán)保結合方式結合強度/MPa厚度/mm激光熔覆綠色環(huán)保冶金結合600～800單層0.2～1.5刷鍍產(chǎn)生含重金屬離子的電鍍廢水及隔離酸霧廢棄機械結合易脫落8～12≤0.5
在我國港口機械應用中,，鋼鐵基的金屬材料占主導地位,。同時，金屬材料的失效(諸如腐蝕,、磨損,、疲勞等)大多發(fā)生零部件的工作表面，需要對表面進行強化,。為滿足工件的服役條件而采用大塊的原位自生顆粒增強鋼鐵基復合材料制造,，不僅浪費材料，而且成本高,。另一方面,，從仿生學的角度考察天然生物材料，其組成為外密內(nèi)疏,，性能為外硬內(nèi)韌,，且密-疏,、硬-韌從外到內(nèi)是梯度變化的，天然生物材料的特殊結構使其具有優(yōu)良的使用性能,。根據(jù)工程上材料特殊的服役條件和性能要求,，迫切需要開發(fā)強韌結合、性能梯度變化的新型表層金屬基復合材料,。因此,，利用激光熔覆方法制備與基材呈冶金結合的梯度功能原位自生顆粒增強金屬基復合材料不僅是工程實踐的迫切需要，也是激光表面改性技術發(fā)展的必然趨勢,。