激光熔覆作為一種高精度成形與低損傷控性的表面強化技術(shù)，可以賦予零部件表面更高的性能。鐵基涂層作為一種低成本的涂層體系一直廣泛地應(yīng)用于各種機械零部件的表面強化領(lǐng)域。隨著零部件對高性能和長壽命的追求，對激光熔覆涂層材料的設(shè)計及性能也提出了更高要求。

在《金屬學(xué)報》期刊發(fā)表的《激光熔覆高強韌鐵基涂層精細組織調(diào)控與性能研究》一文中，作者團隊近年來設(shè)計和制備的納米貝氏體鐵基涂層、超細共晶增強鐵基涂層、顆粒增強馬氏體涂層及高硬度非晶鐵基涂層，并從設(shè)計思路、涂層組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能等方面詳細介紹了研究結(jié)果，并對未來發(fā)展方向進行了展望。

論文圖片精選

不同熔覆速率下熔覆層橫截面形貌圖

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

激光熔覆鐵基合金涂層因其高強度、高硬度、易于與鋼鐵基體實現(xiàn)冶金結(jié)合和低成本等優(yōu)點而在工程領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。近幾十年來，學(xué)者們和工程技術(shù)人員也在鐵基合金激光熔覆領(lǐng)域展開了廣泛研究，并取得了一定的成果。但鐵基激光熔覆層的裂紋和脆化問題一直是高強鐵基合金激光熔覆技術(shù)推廣應(yīng)用的主要問題。本團隊目前圍繞降低鐵基激光熔覆層的裂紋敏感性、抑制晶間裂紋萌生擴展提高韌性，從熔覆合金體系設(shè)計、精細組織調(diào)控機理等方向展開研究，開展了納米貝氏體涂層、超細共晶增強鐵基涂層、顆粒增強馬氏體涂層、高硬非晶鐵基涂層等具有高強高韌且適合于激光熔覆制備的涂層體系的設(shè)計與開發(fā)。通過本文研究結(jié)果可知，多類型析出強化和在鐵素體/馬氏體基體上引入塑/韌性相阻礙裂紋擴展這一思路，將有助于進一步提升激光熔覆涂層的強韌性極限，獲得超高強度和優(yōu)良韌塑性的更佳匹配。

因此，未來激光熔覆鐵基涂層的強韌化發(fā)展需要從高通量材料計算和實驗相結(jié)合，從以下幾個方面繼續(xù)開展超高強韌化鐵基激光熔覆合金的研究：(1) 開展基于精細組織調(diào)控的高強韌熔覆專用材料開發(fā)。通過成分和組織調(diào)控實現(xiàn)熔覆基體相結(jié)構(gòu)的納米化、亞微米化，獲得超細強化相和韌化相均勻分布的有序組織結(jié)構(gòu)。

(2) 開展基于位錯強化和第二相析出強化的理論研究。通過超強韌原位生成或添加納米顆粒相實現(xiàn)韌性鐵基基體相的增強，獲得韌性基體相和高密度位錯纏節(jié)/納米析出相的均勻強化鐵基激光熔覆組織。

(3) 開展新型鐵基激光熔覆多組元合金的研究與開發(fā)。多組元非晶鐵基合金可獲得超高強度的鐵基非晶和具有一定強韌性的晶體相復(fù)相組織，可同時提高鐵基合金涂層的強度和韌性，并具有一定耐腐蝕性。對不同類型析出相的耦合強化機制、馬氏體/鐵素體基體與塑性相組成的復(fù)合組織強韌化機理等科學(xué)規(guī)律進行研究是必要的，積累相關(guān)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，并通過材料計算和實驗研究，最終可望開發(fā)出滿足各種服役條件所需的超高強韌激光熔覆鐵基合金體系。

論文引用信息：

馮凱, 郭彥兵, 馮育磊, 姚成武, 朱彥彥, 張群莉, 李鑄國. 激光熔覆高強韌鐵基涂層精細組織調(diào)控與性能研究[J]. 金屬學(xué)報, 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