激光釺焊技術具有光斑直徑小，能量密度高，便於局部加熱且熱影響區小的特點，近年來在金剛石工具焊接領域得到大量應用。現有研究表明，采用激光熱源可以實現金剛石的釺焊，且大多聚焦於金剛石界麵組織與力學性能的研究。細粒度金剛石/45鋼基體的激光釺焊工藝試驗的結果表明，工藝參數是獲得可靠焊接的關鍵。李時春等人研究了激光釺焊多層金剛石磨粒Ni/Cr合金成形工藝，結果獲得了優化的工藝參數。Daniel等人使用鎳基釺料激光釺焊金剛石，結果表明，在連接界麵處未發現碳化物，並為了提高結合強度，圍繞外加輔助場焊接開展大量研究，用於提高激光釺焊強度。李晉禹等人采用Ni/Cr合金對金剛石開展激光釺焊試驗，結果表明，經過超聲輔助激光釺焊，金剛石表層生成Cr3C2和Cr7C3，即超聲波高頻振動對界麵反應有明顯促進作用，進而生成含碳量低的Cr7C3.采用金剛石激光/超聲耦合釺焊，通過將超聲效應引入釺焊，在液態熔池中產生空化和聲流等效應，縮短了界麵反應時間。產生了Cr7C3，也就證明了超聲波對釺料界麵反應有明顯的激發作用。激光釺塗金剛石是近年來逐漸興起的耐磨新技術，與傳統的激光釺焊金剛石相比，金剛石釺塗層由多層金剛石組成，這與早期的單層金剛石工具有很大的不同。

前期開展了激光釺塗金剛石技術研究，分析了激光功率和掃描速率對塗層微觀組織與力學性能的影響。從現有研究來看，已有的激光釺塗金剛石研究大多數集中於金剛石/釺料合金界麵的組織演變和單層金剛石工具的機械加工性能方麵，在釺塗層的成形過程方麵尚未進行深入的研究工作。前期研究發現，在激光釺塗金剛石過程中，金剛石易於向表麵聚集，這對塗層的整體性能提升將會產生極大的影響，因此需要針對塗層的成形行為及其機理方麵進行深入的研究，進一步提升塗層的耐磨性能。文中采用BNi-2合金作為釺料，利用光纖激光在65Mn鋼基體上製備金剛石塗層，並利用高速攝影技術觀察金剛石激光釺塗過程中，鎳基粉末形成塗層和金剛石遷移全過程，分析釺塗層的成形行為及其機理，並討論激光釺塗金剛石的能量轉換與傳遞路徑，以期為激光釺塗金剛石的工程應用提供數據支撐。

1.試驗方法

金剛石磨粒的抗壓和耐磨性能與其自身品級有關，精選河南黃河旋風股份有限公司晶形完整、強韌度好、無缺陷的高品級HSD90型人造金剛石，圖1為金剛石和BNi-2釺料粉的形貌，其中金剛石的原始形貌如圖1a所示，所用粒度為35目——40目。釺塗試驗前，利用角磨機或噴砂機清理基材表麵，然後利用丙酮進行超聲波清洗30 min，以避免試驗過程雜質幹擾，保證金剛石磨粒的透光性。釺塗試驗基材為65Mn鋼，激光釺塗試樣尺寸為200 mm×100 mm×10 mm.釺料合金既要潤濕金剛石和鋼基材，形成冶金結合，又要兼顧耐磨性，與塗層硬質顆粒耐磨性能匹配。選用釺料合金為200目NiCrSiB（Ni82Cr7Si4.5B3.1Fe3，後文簡稱BNi-2）釺料，形貌如圖1b所示。BNi-2釺料具有耐磨性好、成本低等優點，合金中Cr元素可大幅提高釺料/金剛石界麵結合強度，B元素和Si元素的添加降低了釺料熔點，有助於減少金剛石熱損傷。

圖1金剛石和BNi-2釺料粉形貌

激光釺塗是利用激光作為熱源使釺料層熔化，進而潤濕並連接金剛石與基材的工藝，其原理如圖2所示。與傳統真空釺塗工藝相比，激光釺塗工藝可顯著降低塗層能量輸入，大大縮短熱循環周期，具有非常好的結構和工藝適應性。文中激光釺塗試驗係統包括功率為6 kW的LYS-6000-ST2型光纖激光設備和AcutEye型庫卡軌道機器人。分別對釺料塗層和釺料/金剛石塗層進行激光釺塗試驗。金剛石釺塗試驗時，首先將BNi-2釺料鋪在65Mn基板上，粉末厚度為0.5 mm，然後在BNi-2釺料層上沉積金剛石顆粒，隨後在金剛石表麵再預置一層0.5mm的粉末釺料。首先，預置1 mm厚度的釺料合金粉末層，然後進行釺塗試驗，工藝參數如表1所示。試驗過程中，利用激光釺塗係統配備的高速攝像機觀察釺料層的熔化過程。使用Zeiss Smartzoom5型超景深顯微鏡對塗層形貌進行三維觀察和尺寸測量。通過Image-pro plus 6.0軟件對塗層超景深圖片色域進行調整，直至色域所覆蓋的區域為孔隙所占區域，測量方式選擇Per area（單位麵積）。

圖2激光釺塗示意圖

表1激光釺塗工藝參數

激光釺塗金剛石的塗層形成與表麵張力有何關係（一）

激光釺塗金剛石的塗層形成與表麵張力有何關係（一）