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銅和銅合金由于具備優(yōu)良的導電、導熱性能，在軍工、冶金、海洋裝備以及航空航天等眾多領域得到廣泛應用。這些領域的服役環(huán)境通常比較嚴苛，因此對銅件的性能提出了更高的要求，例如要求高強度高導電性的電磁炮導軌，要求高耐磨耐熱性的連鑄結晶器、銅軋輥等。

采用激光熔覆的方法在銅基材表面熔覆一層紫銅或銅合金，可以大大提高銅基材料的耐腐蝕性能、耐磨性能和機械強度，提高其使用壽命。同時，對于在惡劣服役環(huán)境下造成缺陷的銅工件，也可以采用激光熔覆的方法進行修復再制造。

• 銅上熔覆銅工藝具有以下優(yōu)點：

對于常規(guī)的1 μm左右波長的紅外激光而言，采用激光熔覆進行類似銅、鋁或金這類高反金屬的加工時具有很大的挑戰(zhàn)。過低的激光吸收率（~5%）使得必須采用高功率的激光器才能在銅材表面形成熔池，但同時也會造成加工時熔池不穩(wěn)定并產(chǎn)生飛濺，容易形成具有大量孔洞缺陷的低質量熔覆層，而紫銅超高的熱導率加劇了這一問題的產(chǎn)生。因此，采用紅外激光難以在紫銅基板上有效形成高質量的銅熔覆層。

藍光激光器在銅加工時表現(xiàn)結果優(yōu)異，可達到高至50%以上的吸收率。因此，采用藍光激光器可以有效解決紫銅表面熔覆的問題。但目前市面上的藍光半導體激光器功率還不高，主要集中在1000~2000 W左右，對于一些大尺寸的銅部件的熔覆還難以獲得高效、高質量的熔覆效果。

• 3500 W 藍光半導體激光器強勢助力

為了解決大尺寸的銅部件的表面熔覆難題，廣東硬科院重磅推出3500 W藍光激光器，型號BLD-455-3500。該款激光器的激光束以自由空間的方式輸出，矩形光斑可以直接作用于材料表面，不需要額外的光纖或激光加工頭輸出，電光效率高。激光波長為455±10 nm，功率連續(xù)可調，最大輸出功率高于3500 W，可以應用于有色金屬熔覆、淬火等領域，更大程度提高加工效率和加工質量。

圖2 BLD-455-3500實物圖

圖3 BLD-455-3500產(chǎn)品參數(shù)

圖4  此款激光器功率測試圖

• 產(chǎn)品特點

1. 高功率：最大輸出功率高達3500 W，居國內(nèi)領先水平
2. 高吸收率：銅對藍光激光的吸收率達65% (為紅外激光的13倍)
3. 高加工效率：高功率、高吸收率加持，加工速度快
4. 高加工質量：缺陷少，飛濺少，致密度高

• 應用場景

激光淬火

在淬火領域，此款激光器能夠提供足夠高功率和均勻的能量分布，使得材料在極短的時間內(nèi)達到淬火溫度，從而實現(xiàn)快速、均勻的淬火效果。

增材制造

在激光增材制造領域，此款激光器的高功率和高吸收率，能夠獲得更快的加工速度、更小熱影響區(qū)和更優(yōu)的材料性能。

• 效果展示

以下為紫銅基板表面熔覆紫銅粉末測試效果，通過圖5（紫銅熔覆成型樣品圖）可以看到：無論是單層熔覆還是多層熔覆，此款激光器都能獲得均勻、美觀的熔覆層。

圖5 紫銅熔覆成型樣品圖

通過圖6（熔覆層金相檢測圖）可以看到：熔覆層與基板形成了非常好的冶金結合，未發(fā)現(xiàn)明顯的未熔合、氣孔、裂紋等缺陷。

圖6 熔覆層金相檢測圖

得益于廣東硬科院3500 W高功率藍光半導體激光器的成功開發(fā)，大尺寸銅部件表面熔覆銅材的難題迎刃而解。采用BLD-455-3500藍光激光器搭建的熔覆裝置可以實現(xiàn)紫銅基板表面紫銅、青銅等銅合金粉末的熔覆，有望為業(yè)界帶來新的機遇。