Laserbeklädnad är en ny beläggningsteknik som involverar flera discipliner som optik, mekanik, elektronik, materialvetenskap och detektion och kontroll. Det är en avgörande stödteknik för avancerad lasertillverkning, som kan lösa problem som traditionella tillverkningsmetoder inte kan lösa, och är ett hög-teknologiskt område som starkt stöds och främjas av staten. För närvarande har laserbeklädnadsteknik blivit ett viktigt medel för beredning av nya material, snabb direkt tillverkning av metalldelar och grön återtillverkning av misslyckade metalldelar, och används i stor utsträckning inom industrier som flyg, petroleum, fordon, maskintillverkning, skeppsbyggnad och formtillverkning. För att främja industrialiseringen av laserbeklädnadsteknologi har forskare över hela världen genomfört systematisk forskning om de nyckelteknologier som är involverade och uppnått betydande framsteg. Ett flertal forskningsartiklar, konferensartiklar och patent både nationellt och internationellt introducerar laserbeklädnadsteknologi och dess nya tillämpningar, inklusive forskning om laserbeklädnadsutrustning, material, processer, övervakning och kontroll, kvalitetsinspektion och processimulering. Emellertid har laserbeklädnadstekniken hittills inte blivit mycket industrialiserad. Skälen till detta inkluderar statlig vägledning, begränsningar i mognad av själva laserbeklädnadstekniken och nivån på allmänhetens acceptans för laserbeklädnadsteknik. Därför, för att laserbeklädnadstekniken ska uppnå en omfattande industriell tillämpning, är det viktigt att öka marknadsföringsinsatserna, vara marknads-efterfrågeorienterad, fokusera på att övervinna nyckelfaktorer som hindrar utvecklingen och lösa kritiska tekniker som är involverade i tekniska tillämpningar. Man tror att inom en snar framtid kommer tillämpningsområdena och intensiteten av laserbeklädnadsteknik att fortsätta att expandera.
Nedan följer några applikationsexempel på laserbeklädnad: Den fokuserade effekttätheten hos laserstrålen kan nå 10¹⁰~12 W/cm², vilket uppnår en kylhastighet på upp till 10¹² K/s på material. Denna omfattande egenskap ger inte bara en stark grund för framväxten av nya discipliner inom materialvetenskap utan ger också ett aldrig tidigare skådat verktyg för att realisera nya material eller nya funktionella ytor. De snabba kylförhållandena som skapas av laserbeklädnad, långt ifrån jämvikt under höga temperaturgradienter, leder till bildandet av ett stort antal övermättade fasta lösningar, metastabila faser och till och med nya faser i den stelnade strukturen, vilket bekräftats av många studier. Det ger helt nya termodynamiska och kinetiska förhållanden för tillverkning av funktionellt graderade in-situ själv-genererade partikel-förstärkta kompositskikt. Samtidigt är framställningen av nya material med hjälp av laserbeklädnadsteknik en avgörande grund för reparation och återtillverkning av felaktiga komponenter under extrema förhållanden och direkt tillverkning av metalldelar, som får hög uppmärksamhet och omfattande forskning från det vetenskapliga samfundet och företag över hela världen. För närvarande kan laserbeklädnadsteknik användas för att framställa metall-baserade kompositmaterial som järn-baserade, nickel-baserade, kobolt-baserade, aluminium-baserade, titan-baserade och magnesium-baserade material. Funktionellt kan den producera beläggningar med enstaka eller flera funktioner, såsom slitstyrka, korrosionsbeständighet, hög-temperaturbeständighet och speciella funktionella beläggningar. När det gäller materialsystemet som utgör beläggningen har den utvecklats från binära legeringssystem till fler-komponentsystem. Utformningen av legeringssammansättningen och multifunktionaliteten hos multi-komponentsystem är viktiga utvecklingsriktningar för framtida beredning av nya material med laserbeklädnad. Ny forskning visar att stål-baserade metallmaterial dominerar tekniska tillämpningar i mitt land. Samtidigt inträffar de flesta fel i metallmaterial (som korrosion, slitage och utmattning) på komponenternas arbetsytor, vilket kräver ytförstärkning. Att använda storskaliga in-situ självgenererade-partikelförstärkta-stål-baserade kompositmaterial i-situ för att möta arbetsstyckenas arbetsvillkor är inte bara slöseri med material utan också extremt kostsamt. Å andra sidan, ur ett biomimetiskt perspektiv, har naturliga biomaterial ett tätt yttre skikt och ett gles inre skikt, som uppvisar ett hårt yttre skikt och ett segt inre skikt. Dessutom ger densitets-glesheten och hårdheten-seghetsgradienten från utsidan till insidan av naturliga biomaterial dem utmärkta prestandaegenskaper.
Baserat på de specifika servicevillkoren och prestandakraven för material inom teknik, finns det ett akut behov av att utveckla nya ytmetallmatriskompositer med starka och tuffa bindningar och graderade prestandavariationer. Därför är beredningen av graderade funktionella in-situ själv-genererade partikel-förstärkta metallmatriskompositer med metallurgisk bindning till substratet med laserbeklädnad inte bara ett akut behov i ingenjörspraktiken utan också en oundviklig trend i utvecklingen av laserytmodifieringsteknik. Även om framställningen av in-situ själv-genererade partikel-förstärkta metallmatriskompositer och funktionellt graderade material med hjälp av laserbeklädnadsteknik har rapporterats, är de flesta studier kvar på stadiet av mikrostruktur- och prestandaanalys och processparameterkontroll. Storleken, avståndet och volymförhållandet för förstärkningsfaserna är fortfarande inte kontrollerbara. Gradientfunktionalitet bildas genom flerskiktsbeläggning, vilket oundvikligen resulterar i svag gränssnittsbindning mellan lagren, vilket tyder på att det är långt kvar till praktisk applicering. Framställningen av metallmatrisytkompositer med kontrollerbar partikelstorlek, kvantitet och fördelning, lämpligt anpassad hållfasthet och seghet, och integrerande av graderad funktionalitet och -självgenererad partikelförstärkning på plats- med hjälp av laserbeklädnadsteknik är en viktig framtida utvecklingsriktning. Forskningsinnehållet omfattar:
1. Teknikerna, metoderna och principerna för beklädnadsmaterialsammansättning, mikrostruktur och prestandadesign, samt styrteknik för processimplementering.
2. Etablering av termodynamiska och kinetiska modeller för utfällning, tillväxt och förstärkning av partikel-förstärkande faser i funktionellt graderade in-situ själv-genererade partikel-förstärkta metallmatriskompositer framställda med laserbeklädnad.
3. Biomimetisk design av partikel-förstärkande fasmorfologi, struktur, funktion och sammansättning, samt kontrollteknik för storlek, kvantitet och distribution.
4. Forskning om principer, nyckelfaktorer och processmetoder för gradientkontroll av beläggningssammansättning, mikrostruktur och egenskaper.
5. Observation, analys, kontroll och karakterisering av makroskopiska och mikroskopiska gränssnitt; analys och testning av de konventionella egenskaperna hos funktionellt graderade in-situ själv-genererade partikel-förstärkta metallmatriskompositer, såväl som slitagebeteende och felmekanismer under olika arbetsförhållanden. Genombrott inom dessa forskningsområden kan lösa problemet med oöverensstämmelse med beläggnings-matriskompatibilitet och lätt sprickbildning, och främja expansionen av tillämpningsområdena för laserbeklädnadsteknik.