高文焱，赵树森，林学春

（中国科学院半导体研究所全固态光源实验室，北京100083）

激光熔覆是一种先进的表面改性技术，相比传统表面强化技术具有组织细化、稀释率低、变形小等优势[1-2]。近年来，国内外研究机构对激光熔覆工艺进行了大量研究与探索。Partes[3]研究了激光功率、扫描速度及粉末密度分布对熔覆的影响，发现增加扫描速度可提高粉末利用率。Sun Yuwen[4]在Ti6Al4V基体上熔覆了Ti6Al4V涂层，研究了激光功率、扫描速度、送粉率对覆层几何形貌与稀释率的影响，发现送粉率对覆层宽度、高度起主导作用；扫描速度对熔池深度起决定性作用。徐嘉隆[5]在Ni-Sn共晶合金的基材上熔覆Ni-Sn共晶合金粉末，发现随着激光扫描速度的增大，覆层底部共晶组织不断细化，共晶层片间距逐渐减小。栾景飞[6]研究了激光熔覆参数对灰铸铁激光熔覆层裂纹的影响，发现表层裂纹率随着激光扫描速度或激光功率的增加有其最低值。

现有针对激光熔覆工艺的研究主要是对激光功率、扫描速度、送粉率、离焦量等参数进行的分析，大多忽略了高斯光束传播对覆层几何形貌的影响。但高斯光束在传播路径上，其功率密度分布具有显著变化，这对于熔覆质量有着显著影响。为此，本文分析了高斯光束成像问题，研究了高斯光束在光路上的功率密度变化规律，在此基础上对工艺进行创新，采用负离焦光束进行熔覆，获得了稀释率较低，边缘良好冶金结合，无未熔颗粒、缺陷的覆层，为高质量大面积熔覆奠定了基础。……