O revestimento a laser é uma nova tecnologia de revestimento que envolve múltiplas disciplinas, como óptica, mecânica, eletrônica, ciência de materiais e detecção e controle. É uma tecnologia de apoio crucial para a fabricação avançada de laser, capaz de resolver problemas que os métodos tradicionais de fabricação não conseguem resolver, e é um campo de alta-tecnologia fortemente apoiado e promovido pelo estado. Atualmente, a tecnologia de revestimento a laser tornou-se um meio importante para a preparação de novos materiais, fabricação rápida e direta de peças metálicas e remanufatura verde de peças metálicas defeituosas, e é amplamente utilizada em indústrias como aeroespacial, petróleo, automotiva, fabricação de máquinas, construção naval e fabricação de moldes. Para promover a industrialização da tecnologia de revestimento a laser, investigadores de todo o mundo conduziram pesquisas sistemáticas sobre as principais tecnologias envolvidas, alcançando progressos significativos. Numerosos artigos de pesquisa, documentos de conferências e patentes, tanto nacionais quanto internacionais, apresentam a tecnologia de revestimento a laser e suas novas aplicações, incluindo pesquisas em equipamentos de revestimento a laser, materiais, processos, monitoramento e controle, inspeção de qualidade e simulação de processos. No entanto, até o momento, a tecnologia de revestimento a laser ainda não foi amplamente industrializada. As razões para isso incluem orientações governamentais, limitações na maturidade da própria tecnologia de revestimento a laser e o nível de aceitação pública da tecnologia de revestimento a laser. Portanto, para que a tecnologia de revestimento a laser alcance uma aplicação industrial abrangente, é essencial aumentar os esforços promocionais, ser orientado-à demanda do mercado, focar na superação dos principais fatores que dificultam o desenvolvimento e resolver tecnologias críticas envolvidas em aplicações de engenharia. Acredita-se que, num futuro próximo, as áreas de aplicação e a intensidade da tecnologia de revestimento a laser continuarão a se expandir.
Abaixo estão alguns exemplos de aplicação de revestimento a laser: A densidade de potência focada do feixe de laser pode atingir 10¹⁰~12 W/cm², atingindo uma taxa de resfriamento de até 10¹² K/s nos materiais. Esta característica abrangente não só fornece uma base sólida para o crescimento de novas disciplinas na ciência dos materiais, mas também fornece uma ferramenta sem precedentes para a realização de novos materiais ou novas superfícies funcionais. As condições de resfriamento rápido criadas pelo revestimento a laser, longe do equilíbrio sob gradientes de alta temperatura, levam à formação de um grande número de soluções sólidas supersaturadas, fases metaestáveis e até novas fases na estrutura solidificada, conforme confirmado por numerosos estudos. Ele fornece condições termodinâmicas e cinéticas totalmente novas para a fabricação de camadas compostas reforçadas com partículas-autogeradas-funcionalmente graduadas in situ.{8}}. Simultaneamente, a preparação de novos materiais utilizando tecnologia de revestimento a laser é uma base crucial para a reparação e refabricação de componentes avariados sob condições extremas e para o fabrico direto de peças metálicas, recebendo grande atenção e extensa investigação da comunidade científica e de empresas em todo o mundo. Atualmente, a tecnologia de revestimento a laser pode ser usada para preparar materiais compostos à base de-metal, como materiais à base de-ferro, à base de níquel-, à base de cobalto-, à base de alumínio-, à base de titânio-e à base de magnésio-. Funcionalmente, ele pode produzir revestimentos com funções únicas ou múltiplas, como resistência ao desgaste, resistência à corrosão, resistência a altas-temperaturas e revestimentos funcionais especiais. Em termos do sistema de materiais que constitui o revestimento, ele evoluiu de sistemas de ligas binárias para sistemas multi-componentes. O projeto da composição da liga e a multifuncionalidade de sistemas multi-componentes são importantes direções de desenvolvimento para a preparação futura de novos materiais por revestimento a laser. Novas pesquisas mostram que materiais metálicos-à base de aço dominam as aplicações de engenharia em meu país. Enquanto isso, a maioria das falhas de materiais metálicos (como corrosão, desgaste e fadiga) ocorre nas superfícies de trabalho dos componentes, exigindo reforço superficial. Usar materiais compósitos à base de partículas-aço reforçado-de grande-escala-in-situ auto{30}}gerados no local para atender às condições de serviço das peças de trabalho não é apenas um desperdício de materiais, mas também extremamente caro. Por outro lado, do ponto de vista biomimético, os biomateriais naturais possuem uma camada externa densa e uma camada interna esparsa, exibindo uma camada externa dura e uma camada interna resistente. Além disso, o gradiente de densidade-escassez e dureza-de resistência de fora para dentro dos biomateriais naturais confere-lhes excelentes características de desempenho.
Com base nas condições específicas de serviço e nos requisitos de desempenho dos materiais em engenharia, há uma necessidade urgente de desenvolver novos compósitos de matriz metálica de superfície com ligações fortes e resistentes e variações graduadas de desempenho. Portanto, a preparação de compósitos de matriz metálica reforçados com partículas-autogeradas-in situ funcionais graduadas-com ligação metalúrgica ao substrato usando revestimento a laser não é apenas uma necessidade urgente na prática de engenharia, mas também uma tendência inevitável no desenvolvimento da tecnologia de modificação de superfície a laser. Embora tenha sido relatada a preparação de compósitos com matriz de metal reforçados com partículas-auto-geradas in-situ-in-situ e materiais classificados funcionalmente usando tecnologia de revestimento a laser, a maioria dos estudos permanece no estágio de microestrutura e análise de desempenho e controle de parâmetros de processo. O tamanho, o espaçamento e a proporção de volume das fases de reforço ainda não são controláveis. A funcionalidade do gradiente é formada por meio de revestimento multi{10}}camadas, resultando inevitavelmente em uma ligação interfacial fraca entre as camadas, indicando um longo caminho a percorrer antes da aplicação prática. A preparação de compósitos de superfície com matriz metálica com tamanho, quantidade e distribuição de partículas controláveis, resistência e tenacidade apropriadamente combinadas e integração de funcionalidade graduada e reforço de partículas autogerado-in-situ usando tecnologia de revestimento a laser é uma importante direção de desenvolvimento futuro. O conteúdo da pesquisa envolve:
1. As técnicas, métodos e princípios de composição do material de revestimento, microestrutura e projeto de desempenho, bem como a tecnologia de controle para implementação do processo.
2. Estabelecimento de modelos termodinâmicos e cinéticos para a precipitação, crescimento e fortalecimento de fases de reforço de partículas-em compósitos de matriz metálica reforçados com partículas-autogeradas in situ-funcionalmente graduadas-preparados por revestimento a laser.
3. Projeto biomimético de partículas-reforçando a morfologia de fase, estrutura, função e composição composta, e tecnologia de controle de tamanho, quantidade e distribuição.
4. Pesquisa sobre os princípios, fatores-chave e métodos de processo para controle de gradiente da composição, microestrutura e propriedades do revestimento.
5. Observação, análise, controle e caracterização de interfaces macroscópicas e microscópicas; análise e teste das propriedades convencionais de compósitos de matriz metálica reforçada com partículas-autogeradas-in situ funcionalmente graduadas, bem como comportamento de desgaste e mecanismos de falha sob diferentes condições de trabalho. Avanços nessas áreas de pesquisa podem resolver o problema de incompatibilidade de compatibilidade de matriz de revestimento e rachaduras fáceis, além de promover a expansão dos campos de aplicação da tecnologia de revestimento a laser.