激光熔覆（Laser Cladding）是一种表面改性技术，是金属增材制造中广泛使用的一种技术。激光熔覆通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的熔覆层。
激光熔覆技术是一种经济效益高的技术，它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，降低成本，节约贵重稀有金属材料。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，而且可控性好，可实现三维自动加工，加工质量高。但是在激光熔覆的制造过程中仍存在一些不可预测的失败的情况。
根据3D科学谷的了解，日前有研究人员发表了题为“On the role of capillary and thermo capillary phenomena on microstructure at laser cladding.” (激光熔覆微结构中毛细和热毛细现象的作用) 的论文，提出了一种可用以优化和规划激光熔覆工艺的方法。
一种预估熔覆层微观结构的模型
研究人员认为激光熔覆过程中热质传递的直接数值模拟（DNS）是该技术中寻求最佳加工参数的经济有效的方法。应用DNS，可以在工艺规划阶段就识别失败区域，提高激光熔覆增材制造的质量和灵活性。
研究人员开发了一种耦合的熔覆模型，可以帮助他们模拟出熔覆层的微观结构，充分研究激光作用后的流体动力学现象，同时研究熔体和基底的已知接触角对其的影响。
根据Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami（KJMA）方程，动力学过程具有不均匀的成核和生长速率，该模型研究了熔融粉末在具有不同接触角度的基底上的扩散，进而优化激光熔覆工艺。模型也研究了接触角对轨迹宽度，高度和平均晶体尺寸等主要参数的影响。该模型可以解释氧化和基底粗糙度。
接触角度分别为10°(a)和30(b)°时，熔覆液滴横截面的微晶分布情况
为了研究接触角对微结构的影响，研究人员用同轴镍粉进料的非扫描光束模拟激光熔覆，同时使用了具有不同润湿角的基材。粉末随着激光辐射以50ms的速度在冷基底上进料，形成单滴。激光辐射消失，液滴冷却并发生结晶。
两个接触角度下熔覆轨道横截面中微晶平均尺寸的分布
研究人员得出结论，所开发的模型能够使他们预估熔覆层微观结构，同时考虑到轨迹和基底的接触角。在模型中，应考虑到影响接触角的基底参数。
几种情况下粉末喷射的横截面：
高扫描速度（a，c）和低扫描速度（b，d）; 宽粉末射流（a，b）和窄粉末射流（c，d）
在该研究中，研究人员对于各种加工条件，展示了熔覆轨迹的扩散行为。熔池宽度不同，粉末喷射半径不同，对接触角的变化表现出不同的状态。在宽粉末喷射的情况下，接触角的增加减小了轨迹宽度和集流效率，但高度保持恒定。在窄粉末射流的情况下，轨迹宽度减小同时高度增加。确定了具有相同几何参数、不同微观结构的激光熔覆轨迹的可能性。研究论文中指出，熔体接触角度的增加导致沉积层中微晶平均尺寸的增加，该结果可用以规划和优化激光熔覆的工艺方案。
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