在許多情況中，高質量切割刀具的生產通常始于粉末金屬的使用。當前，粉末金屬處理需要粉末通過氣體霧化而成形，其中讓粉末粒子快速冷卻，形成非常小的粒度 — 粉末金屬材料的一個通用特征參數。高速鋼（HSS）粉末的使用允許形成更多硬質合金成形元素。因此，小粒度和更高級別的硬質合金成形結果會保證粉末金屬高速鋼更高的硬度及耐磨性。 然而，這些材料的成本一般要比傳統結晶冶金刀具級合金的高。為生產標準高速鋼切削刀具而需要將粉末金屬加工成棒料，這所帶來的額外處理成本將會非常高，因此每磅棒料的售價會高達20～30美元。這種成本因素已經嚴重地限制了它在標準切削刀具生產中的應用，盡管它具有顯著的特性。 在制造行業(yè)，激光沉積技術在修理、改造和快速原型方面得到了越來越多的應用。該技術通常會采用一種粉末，這種粉末能夠被激光束高效熔化并精確沉積到基質材料上。激光沉積過程的特點有：熱變形低、對基質產生的金相損失最? ⒊粱俁認嘍越細擼倍猿粱錕梢越鋅燜俟袒Ｕ廡┦糶越岷掀鵠淳褪溝眉す獯沓閃艘恢擲硐氳暮蜓∈侄巍梢雜美從醒≡竦厴糜誆煌τ貿『系墓こ濤⑾附峁埂1-3]但是，要獲得刀具元件所需性能卻帶來了一個難以克服的挑戰(zhàn)。 意識到激光沉積的潛力后，Alvord-Polk公司開展了一個研發(fā)項目來尋找其可能的應用，評價現有產品的激光沉積，并對其定性，同時還對因這種技術產生的可能節(jié)省進行量化。初始試驗是與賓夕法尼亞州立大學（賓州ARL）的應用研究室合作進行的，隨后的開發(fā)是在Alvord-Polk位于賓州Millersburg市的工廠內進行的。這種研發(fā)的結果表明，通過可選性地用 Rex 121TM對一種低成本的HSS毛坯進行激光沉積，可以在可接受的成本下實現粉末金屬級質量。 圖1. Alvord-Polk的五軸激光沉積系統圖1顯示了在Alvord-Polk處，采用一臺裝有2kW CO2激光器以及同軸粉末進給系統的五軸激光系統在刀具毛坯件上精確沉積含有高硬質合金材料的情形。圖2顯示了用該系統生產的一個沉積和磨削后直徑32mm立銑刀的照片。圖3顯示了當前正在開發(fā)的其他刀具應用的原理圖。Alvord-Polk已經發(fā)現，對于許多應用而言，激光沉積對刀具元件保證了所需要的硬度和耐用度，同時降低了與材料及輔助操作相關的成本。 圖3.Alvord-Polk當前正在開發(fā)的激光沉積的刀具應用原理示意圖在刀具工業(yè)中應用激光沉積技術的機會僅受可沉積的材料約束，如今人們正在進行的重要研究：用于高耐磨應用場合的激光處理粉末合成的改進配方。[4, 5]通過合金感應變相、通過第二相粒子的合成強化或者二者的結合而建立固化沉積物中的發(fā)展屬性。復合微觀結構 — 一種高硬度并含有非常硬粒子的可焊接矩陣形式 — 為刀具級材料進行激光沉積提供了巨大機遇。 對具有復合物微觀結構的刀具級材料進行激光沉積已經商業(yè)化。在Alvord-Polk有限公司與聯合機器和工程公司（位于俄亥俄洲Dover市）之間的合作已經促成一項在生產中切削刀具的應用。專用深孔鉆頭刀片需要在鎢硬質合金刀片后面整個直徑上采用鍍鉻或硬質合金耐磨墊塊。Alvord-Polk與賓州ARL合作開發(fā)了一個采用Rex 121以及大量鎢硬質合金粒子的激光熔覆材料。這種材料組合所帶來的性能卓越的耐磨墊塊可以進行選擇性沉積，以取代鉻或釬焊硬質合金耐磨墊塊。圖4顯示了一個帶有激光沉積耐磨墊塊的深孔鉆頭刀片。 圖4. 深孔鉆頭刀片照片，顯、示了采用Rex 121及鎢硬質合金粉末生產的激光沉積耐磨墊塊對采用這種技術的刀具進行試驗的結果超出了預計。鉆頭在被加工表面的速度比電鍍鉻刀具快2倍，耐磨性超出電鍍鉻刀具的2~4倍。此外，它還是一種針對釬焊或螺栓栓接硬質合金耐磨墊塊的經濟性替代方案，因為磨損的刀具可以返回廠家進行重磨，并重新進行新的激光沉積。 通過激光沉積生產刀具級材料為刀具工業(yè)革命提供了潛力。加工依賴于激光的地方在于：激光沉積能夠僅在切削刀具上需要的地方精確沉積高度工程化的材料、從而能減少成本高昂的材料用量及二次操作。已經表明，用這種方法生產的刀具性能遠遠超出普通材質刀具，同時降低了制造成本。這種技術將隨著專門為這些應用所設計的新材料的發(fā)展而得到進一步推廣。 Ronald E. Boyer（rboyer@alvordpolk.com）是Alvord-Polk有限公司（位于賓夕法尼亞州Millersburg市）的總裁。Richard P. Martukanitz (rxm44@psu.edu)是賓夕法尼亞州立大學應用研究實驗室激光加工部（賓夕法尼亞州立大學）主任。