به‌عنوان یک روش پیشرفته مهندسی سطح و بازتولید،, پوشش‌دهی لیزری این فناوری از پرتو لیزر پرانرژی برای ذوب سریع پودرهای آلیاژی از پیش‌ذخیره شده یا به‌طور هم‌زمان تأمین‌شده استفاده می‌کند و لایه‌ای با پیوند متالورژیکی روی سطح زیرلایه تشکیل می‌دهد. این امر به‌طور قابل‌توجهی مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی و عملکرد در دمای بالا قطعه را بهبود می‌بخشد. در کل پوشش‌دهی لیزری در این فرآیند، انتخاب ماده پودری مستقیماً بر کیفیت روکش و عملکرد کاربرد تأثیر می‌گذارد. این مقاله به‌طور سیستماتیک پودرهاى رایج را بررسی می‌کند. پوشش‌دهی لیزری مواد پودری، از جمله پودرهای آلیاژی خودفرّوش، پودرهای کامپوزیتی، پودرهای سرامیکی و سایر مواد مبتنی بر فلز، با تحلیل طبقه‌بندی، خواص و کاربردهای آن‌ها به منظور ارائه مرجعی برای انتخاب مواد.

۱. پودرهای آلیاژی خودفیلکس

پودرهای آلیاژی خودجریان‌یافته، پرکاربردترین و مورد پژوهش‌ترین مواد در پوشش‌دهی لیزری. آنها عمدتاً شامل آلیاژهای مبتنی بر آهن، نیکل و کبالت هستند. این پودرها حاوی عناصری مانند بور و سیلیکون هستند که قابلیت‌های عالی اکسیدزدایی و سربه‌گیری را به آنها می‌بخشند و به‌طور مؤثر اکسیداسیون و تخلخل لایه روکش را کاهش داده و کیفیت فرآیند را بهبود می‌بخشند. در پوشش‌دهی لیزری, این پودرها به شدت با انواع سطوح (مانند فولاد کربنی و فولاد ضد زنگ) سازگار هستند و به طور گسترده برای تعمیر و بهبود قطعات صنعتی استفاده می‌شوند.

۱.۱ پودرهای آلیاژی خودفلکس مبتنی بر آهن

پودرهای مبتنی بر آهن برای قطعاتی که به‌صورت موضعی در برابر سایش مقاوم و به‌راحتی قابل تغییر شکل هستند، معمولاً از چدن یا فولاد کم‌کربن مناسب‌اند. مزایای اصلی آن‌ها منبع گسترده مواد اولیه، هزینه پایین و مقاومت خوب در برابر سایش است. با این حال، معایب آن شامل نقطه ذوب بالاتر و مقاومت ضعیف‌تر در برابر اکسیداسیون است که منجر به ترک‌خوردگی و تخلخل بالقوه در طول پوشش‌دهی لیزری. در سال‌های اخیر، افزودن عناصر خاکی کمیاب به پودرهای مبتنی بر آهن به‌طور قابل‌توجهی مقاومت آن‌ها در برابر خوردگی و ترک را بهبود بخشیده و پتانسیل کاربرد آن‌ها را در پوشش‌دهی لیزری.

۱.۲ پودرهای آلیاژی نیکل‌پایه با خودفلکسینگ

پودرهای پایه نیکل به طور گسترده در پوشش‌دهی لیزری به دلیل قابلیت تر شدن عالی، مقاومت در برابر خوردگی و خواص خودروغن‌کاری در دماهای بالا. در شرایط سخت (مانند ضربه شدید یا سایش سایشی)، ذرات سخت مانند کاربیدها و نیتریدها اغلب به پودر پایه نیکل اضافه می‌شوند تا پوشش‌های مرکب تشکیل دهند و عملکرد آن‌ها را بیش‌تر افزایش دهند.

۱.۳ پودرهای آلیاژی خودفلکس مبتنی بر کبالت

پودرهای مبتنی بر کبالت به دلیل مقاومت عالی در برابر دماهای بالا، خوردگی و ضربه، معمولاً در صنایع پیشرفته مانند پتروشیمی و تولید برق استفاده می‌شوند. در طول پوشش‌دهی لیزری, مواد مبتنی بر کبالت به سرعت هنگام ذوب، فاز تقویتی ایجاد می‌کنند و با افزودن عناصر آلیاژی مانند نیکل و کروم، به طور مؤثر از ایجاد ترک جلوگیری کرده و استحکام پیوند بین پوشش و زیرلایه را بهبود می‌بخشند.

۲. پودرهای کامپوزیتی

پودرهای کامپوزیتی معمولاً با مخلوط کردن یا پوشش‌دهی فلزات (مانند نیکل یا کبالت) با ذرات سرامیکی با نقطه ذوب بالا (مانند کاربیدها و اکسیدها) تهیه می‌شوند. این پودرها در پوشش‌دهی لیزری برای ایجاد پوشش‌های مرکب ماتریس فلزی تقویت‌شده با سرامیک، که استحکام فلزات را با مقاومت در برابر سایش و خواص دمایی بالا سرامیک‌ها ترکیب می‌کند. برای مثال، پودرهای پوشش‌داده‌شده با کاربید تنگستن یا کاربید کروم می‌توانند به‌طور مؤثر از تخریب و تجزیه ذرات سرامیکی در طول فرآیند لیزری جلوگیری کرده و عملکرد پوشش را به‌طور چشمگیری افزایش دهند. این یکی از داغ‌ترین جهت‌های تحقیقاتی در پوشش‌دهی لیزری فناوری.

۳. پودرهای سرامیکی

پودرهای سرامیکی، که عمدتاً شامل اکسیدها (مانند اکسید آلومینیوم، اکسید زیرکونیوم) و سیلیکیدها هستند، در پوشش‌دهی لیزری به‌خاطر پایداری عالی در دماهای بالا، مقاومت در برابر سایش و خوردگی، اغلب در پوشش‌های مانع حرارتی یا لایه‌های محافظ در شرایط ویژه به‌کار می‌روند. با این حال، سرامیک‌ها و زیرلایه‌های فلزی از نظر ضریب انبساط حرارتی و مدول‌های ارتجاعی تفاوت‌های قابل‌توجهی دارند که منجر به ترک‌خوردگی و پوسته‌شدن پس از پوشش‌دهی لیزری. پژوهشگران لایه‌های انتقالی طراحی کرده‌اند یا اجزایی مانند CaO و SiO₂ افزوده‌اند تا این تنش‌ها را کاهش دهند، اما این همچنان یک چالش عمده در پوشش‌دهی لیزری.

۴. سایر مصالح روکش فلزی

علاوه بر دسته‌های فوق، پودرهای فلزی ویژه‌ای مانند مواد مبتنی بر مس، تیتانیوم، آلومینیوم، منیزیم و زیرکونیوم نیز ارزش منحصربه‌فردی در پوشش‌دهی لیزری. برای مثال:

مواد مبتنی بر مسبه دلیل رسانایی الکتریکی خوب و خواص جداسازی فاز مایع، می‌توان از پودرهای مبتنی بر مس برای ایجاد پوشش‌های مرکب خودتقویت‌شده استفاده کرد.

مواد مبتنی بر تیتانیومپودرهای کامپوزیتی مبتنی بر تیتانیوم که معمولاً برای بهبود زیست‌سازگاری یا مقاومت در برابر خوردگی استفاده می‌شوند، در پوشش‌دهی لیزری می‌تواند مقاومت در برابر سایش آلیاژهای تیتانیوم پزشکی را به طور قابل توجهی افزایش دهد.

مواد مبتنی بر آلومینیوم و مواد مبتنی بر منیزیماین‌ها اغلب برای اصلاح سطح آلیاژهای سبک استفاده می‌شوند. پوشش‌دهی لیزری پودرهای مبتنی بر آلومینیوم می‌توانند به طور مؤثر سختی و مقاومت به خوردگی آلیاژهای منیزیم را بهبود بخشند.

مواد مبتنی بر زیرکونیوم: پوشش‌دهی لیزری پوشش پودری مبتنی بر زیرکونیوم بر روی آلیاژهای تیتانیوم، لایه‌ای تقویت‌شده با سختی بالا و غیرکریستالی تشکیل می‌دهد که آن‌ها را برای کاربردهای با استحکام بالا مناسب می‌سازد.

۵. خلاصه و چشم‌انداز کاربرد

انتخاب مواد در پوشش‌دهی لیزری مستقیماً بر عملکرد لایه روکش و موفقیت فرآیند تأثیر می‌گذارد. سیستم‌های پودری مختلف از نظر هزینه، عملکرد و سازگاری با فرآیند تفاوت‌های چشمگیری دارند و نیازمند انتخاب دقیقی بر اساس نیازهای خاص کاربرد هستند. در حال حاضر،, پوشش‌دهی لیزری فناوری نقش حیاتی در بازتولید قطعات، تقویت سطحی و تعمیر تجهیزات پیشرفته ایفا می‌کند. برای مثال، تعمیر اجزای کلیدی مانند غلتک‌ها، قالب‌ها و ستون‌های هیدرولیک می‌تواند عملکرد آن‌ها را تا بیش از ۹۰۱TP3T مشخصات قطعات اصلی بازگرداند، در حالی که هزینه‌ای تنها حدود یک‌پنجم تعویض آن‌ها دارد و به‌طور قابل‌توجهی عمر مفید و بهره‌وری اقتصادی تجهیزات را بهبود می‌بخشد.

با این حال،, پوشش‌دهی لیزری مواد هنوز ساماندهی یا استانداردسازی نشده‌اند و طراحی ترکیب و پیش‌بینی عملکرد هنوز در مرحله تحقیقاتی هستند. در آینده، با توسعه مستمر مواد و بهینه‌سازی فرآیند،, پوشش‌دهی لیزری انتظار می‌رود فناوری در کاربردهای صنعتی بیشتر، جایگزین فرآیندهای سنتی پوشش‌دهی و رویه‌کاری شود و به یک فناوری اصلی در تولید پیشرفته و بازتولید سبز تبدیل گردد.