激光熔覆作為一種高精度成形與低損傷控性的表面強(qiáng)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(jī)械零部件的表面強(qiáng)化領(lǐng)域。隨著零部件對(duì)高性能和長(zhǎng)壽命的追求，對(duì)激光熔覆涂層材料的設(shè)計(jì)及性能也提出了更高要求。

在《金屬學(xué)報(bào)》期刊發(fā)表的《激光熔覆高強(qiáng)韌鐵基涂層精細(xì)組織調(diào)控與性能研究》一文中，作者團(tuán)隊(duì)近年來(lái)設(shè)計(jì)和制備的納米貝氏體鐵基涂層、超細(xì)共晶增強(qiáng)鐵基涂層、顆粒增強(qiáng)馬氏體涂層及高硬度非晶鐵基涂層，并從設(shè)計(jì)思路、涂層組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能等方面詳細(xì)介紹了研究結(jié)果，并對(duì)未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)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(qiáng)度、高硬度、易于與鋼鐵基體實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合和低成本等優(yōu)點(diǎn)而在工程領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。近幾十年來(lái)，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(qiáng)鐵基合金激光熔覆技術(shù)推廣應(yīng)用的主要問題。本團(tuán)隊(duì)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(kuò)展提高韌性，從熔覆合金體系設(shè)計(jì)、精細(xì)組織調(diào)控機(jī)理等方向展開研究，開展了納米貝氏體涂層、超細(xì)共晶增強(qiáng)鐵基涂層、顆粒增強(qiáng)馬氏體涂層、高硬非晶鐵基涂層等具有高強(qiáng)高韌且適合于激光熔覆制備的涂層體系的設(shè)計(jì)與開發(fā)。通過(guò)本文研究結(jié)果可知，多類型析出強(qiáng)化和在鐵素體/馬氏體基體上引入塑/韌性相阻礙裂紋擴(kuò)展這一思路，將有助于進(jìn)一步提升激光熔覆涂層的強(qiáng)韌性極限，獲得超高強(qiáng)度和優(yōu)良韌塑性的更佳匹配。

因此，未來(lái)激光熔覆鐵基涂層的強(qiáng)韌化發(fā)展需要從高通量材料計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，從以下幾個(gè)方面繼續(xù)開展超高強(qiáng)韌化鐵基激光熔覆合金的研究：(1) 開展基于精細(xì)組織調(diào)控的高強(qiáng)韌熔覆專用材料開發(fā)。通過(guò)成分和組織調(diào)控實(shí)現(xiàn)熔覆基體相結(jié)構(gòu)的納米化、亞微米化，獲得超細(xì)強(qiáng)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(cuò)強(qiáng)化和第二相析出強(qiáng)化的理論研究。通過(guò)超強(qiáng)韌原位生成或添加納米顆粒相實(shí)現(xiàn)韌性鐵基基體相的增強(qiáng)，獲得韌性基體相和高密度位錯(cuò)纏節(jié)/納米析出相的均勻強(qiáng)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(qiáng)度的鐵基非晶和具有一定強(qiáng)韌性的晶體相復(fù)相組織，可同時(shí)提高鐵基合金涂層的強(qiáng)度和韌性，并具有一定耐腐蝕性。對(duì)不同類型析出相的耦合強(qiáng)化機(jī)制、馬氏體/鐵素體基體與塑性相組成的復(fù)合組織強(qiáng)韌化機(jī)理等科學(xué)規(guī)律進(jìn)行研究是必要的，積累相關(guān)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)材料計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，最終可望開發(fā)出滿足各種服役條件所需的超高強(qiáng)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(guó). 激光熔覆高強(qiáng)韌鐵基涂層精細(xì)組織調(diào)控與性能研究[J]. 金屬學(xué)報(bào), 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