激光熔覆高强韧铁基涂层精细组织调控与性能研究

| 3DScienceValley · 2023/06/10

以下文章来源于金属圈，作者金属学报

激光熔覆作为一种高精度成形与低损伤控性的表面强化技术，可以赋予零部件表面更高的性能。铁基涂层作为一种低成本的涂层体系一直广泛地应用于各种机械零部件的表面强化领域。随着零部件对高性能和长寿命的追求，对激光熔覆涂层材料的设计及性能也提出了更高要求。

在《金属学报》期刊发表的《激光熔覆高强韧铁基涂层精细组织调控与性能研究》一文中，作者团队近年来设计和制备的纳米贝氏体铁基涂层、超细共晶增强铁基涂层、颗粒增强马氏体涂层及高硬度非晶铁基涂层，并从设计思路、涂层组织结构和力学性能等方面详细介绍了研究结果，并对未来发展方向进行了展望。

论文图片精选

不同熔覆速率下熔覆层横截面形貌图
Cross-sectional OM images of the coating with different laser scanning rates (a), and cross-sectional images after the Image Segmentation Software processing (b)

展望

激光熔覆铁基合金涂层因其高强度、高硬度、易于与钢铁基体实现冶金结合和低成本等优点而在工程领域有广阔的应用前景。近几十年来，学者们和工程技术人员也在铁基合金激光熔覆领域展开了广泛研究，并取得了一定的成果。但铁基激光熔覆层的裂纹和脆化问题一直是高强铁基合金激光熔覆技术推广应用的主要问题。本团队目前围绕降低铁基激光熔覆层的裂纹敏感性、抑制晶间裂纹萌生扩展提高韧性，从熔覆合金体系设计、精细组织调控机理等方向展开研究，开展了纳米贝氏体涂层、超细共晶增强铁基涂层、颗粒增强马氏体涂层、高硬非晶铁基涂层等具有高强高韧且适合于激光熔覆制备的涂层体系的设计与开发。通过本文研究结果可知，多类型析出强化和在铁素体/马氏体基体上引入塑/韧性相阻碍裂纹扩展这一思路，将有助于进一步提升激光熔覆涂层的强韧性极限，获得超高强度和优良韧塑性的更佳匹配。

因此，未来激光熔覆铁基涂层的强韧化发展需要从高通量材料计算和实验相结合，从以下几个方面继续开展超高强韧化铁基激光熔覆合金的研究：

(1) 开展基于精细组织调控的高强韧熔覆专用材料开发。通过成分和组织调控实现熔覆基体相结构的纳米化、亚微米化，获得超细强化相和韧化相均匀分布的有序组织结构。

(2) 开展基于位错强化和第二相析出强化的理论研究。通过超强韧原位生成或添加纳米颗粒相实现韧性铁基基体相的增强，获得韧性基体相和高密度位错缠节/纳米析出相的均匀强化铁基激光熔覆组织。

(3) 开展新型铁基激光熔覆多组元合金的研究与开发。多组元非晶铁基合金可获得超高强度的铁基非晶和具有一定强韧性的晶体相复相组织，可同时提高铁基合金涂层的强度和韧性，并具有一定耐腐蚀性。对不同类型析出相的耦合强化机制、马氏体/铁素体基体与塑性相组成的复合组织强韧化机理等科学规律进行研究是必要的，积累相关数据和经验，并通过材料计算和实验研究，最终可望开发出满足各种服役条件所需的超高强韧激光熔覆铁基合金体系。

论文引用信息：
冯凯, 郭彦兵, 冯育磊, 姚成武, 朱彦彦, 张群莉, 李铸国. 激光熔覆高强韧铁基涂层精细组织调控与性能研究[J]. 金属学报, 2022, 58(4): 513-528.
Kai FENG, Yanbing GUO, Yulei FENG, Chengwu YAO, Yanyan ZHU, Qunli ZHANG, Zhuguo LI. Microstructure Controlling and Properties of Laser Cladded High Strength and High Toughness Fe-Based Coatings[J]. Acta Metall Sin, 2022, 58(4): 513-528.
DOI: 10.11900/0412.1961.2021.00549

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