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激光熔覆技術(shù)可顯著改善金屬表面的耐磨、耐腐、耐熱水平及抗氧化性等。目前有關(guān)激光熔覆的研究主要集中在工藝開發(fā)、熔覆層材料體系、激光熔覆的快速凝固組織及與基體的界面結(jié)合和性能測試等方面。
飛機(jī)機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金構(gòu)件除了在工作狀態(tài)下承受載荷外，還會因發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)/停車循環(huán)形成熱疲勞載荷，在交變應(yīng)力和熱疲勞雙重作用下，產(chǎn)生不同程度的裂紋，嚴(yán)重影響機(jī)體或發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，甚至危及飛行安全。因此，需要研究航空鈦合金結(jié)構(gòu)的表面強(qiáng)化方式，發(fā)揮其性能優(yōu)勢，使之得以更廣泛的應(yīng)用。
陶瓷分為氧化物陶瓷和碳化物陶瓷，氧化鋁、氧化鈦、氧化鈷、氧化鉻及其復(fù)合化合物是應(yīng)用廣泛的氧化物陶瓷，也是制備陶瓷涂層的主要材料。碳化物陶瓷難以單獨(dú)制備涂層，一般與具有鈷、鎳基的自熔合金制備成金屬陶瓷，該金屬陶瓷具有很高的硬度和優(yōu)異的高溫性能，可用作耐磨、耐擦傷、耐腐蝕涂層，常用的有碳化鎢、碳化鈦和碳化鉻等。采用激光熔覆制備陶瓷涂層可先在材料表面添加過渡層材料（如NiCr、NiAl、NiCrAl、Mb等），然后用脈沖激光熔覆，使過渡層中的Ni、Cr合金與陶瓷中Al2O3、ZrO2等材料熔覆在基體的表面，形成多孔性，基體中的金屬分子也能擴(kuò)散到陶瓷層中，進(jìn)而改善涂層的結(jié)構(gòu)和性能。
飛機(jī)制造中較多采用鈦合金，如Ti-6Al-4V鈦合金用于制造高強(qiáng)度/重量比率、耐熱、耐疲勞和耐腐蝕的零部件。但在這些鈦合金的加工制造中，傳統(tǒng)工藝方法有許多難以克服的弱點(diǎn)，如生產(chǎn)隔板是由數(shù)英寸厚和數(shù)十千克重的齒形合金板加工而成的，而獲得這些合金板成品需要一年以上。因?yàn)殡y以加工，加工這種零件需要花費(fèi)加工中心數(shù)百小時(shí)的工作量，磨損大量的刀具。而激光熔覆技術(shù)在這方面具有較大優(yōu)勢，可以強(qiáng)化鈦合金表面、減少制造時(shí)間。
激光熔覆是現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用潛力最大的表面改性技術(shù)之一，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。20世紀(jì)80年代初，英國Rolls·Royce公司采用激光熔覆技術(shù)對RB211渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)殼體結(jié)合部位進(jìn)行硬面熔覆，取得了良好效果。
近年來，美國AeroMet公司的研發(fā)有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，他們生產(chǎn)的多個(gè)系列Ti-6Al-4V鈦合金激光熔覆成形零件已獲準(zhǔn)在實(shí)際飛行中使用。其中F-22戰(zhàn)機(jī)上的2個(gè)全尺寸接頭滿足疲勞壽命2倍的要求，F(xiàn)/A-18E/F的翼根吊環(huán)滿足疲勞壽命4倍的要求，而升降用的連接桿滿足飛行要求、壽命超出原技術(shù)要求30%。采用激光熔覆技術(shù)表面強(qiáng)化制造的鈦合金零部件不僅性能上超出傳統(tǒng)工藝制造的零件，同時(shí)由于材料及加工的優(yōu)勢，生產(chǎn)成本降低20%～40%，生產(chǎn)周期也縮短了約80%。
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