金属学报

作者：徐一斐, 张楠, 许培鑫, 杜博睿, 史华, 王淼辉

单位：1 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 北京 100083；2 中机新材料研究院(郑州)有限公司 郑州 450001

关键词：超高速激光熔覆,复合涂层,残余应力,磨损,原位反应,

基金：国家重点研发计划项目(2021YFB3702003);国家自然科学基金项目(51975240);北京市自然科学基金项目(2222093);中国机械科学研究总院集团技术发展基金项目(812201Q9)

为缓解H13钢表面超高速激光熔覆(EHLA)再制造Ni60A涂层的界面应力梯度，改善涂层的可熔覆性，提升涂层表面的耐磨性，本工作将超高速激光熔覆技术与直接反应合成(DRS)技术相耦合，在H13钢表面成功原位制备出组织均匀、无缺陷的Ti(C, B)/Ni60A复合涂层，并与EHLA制备的Ni60A涂层进行了对比分析。基于纳米压痕的Giannakopoulos & Suresh (G&S)能量法获得了熔覆界面的残余应力分布；利用SEM、EDS、EBSD研究了涂层显微组织、相组成和熔覆界面特征；利用聚焦离子束(FIB)获取了带有涂层表面磨损信息的样品，并采用双球差透射电镜(DSA-TEM)分析了涂层浅表区磨损特征，通过对比显微硬度变化，揭示了Ti(C, B)/Ni60A复合涂层浅表区的磨损机理。结果表明：由于Ti和B4C发生原位反应放出约670 kJ的Joule热影响，Ti(C, B)/Ni60A复合涂层熔覆界面宽度达到22 μm，是EHLA制备Ni60A涂层熔覆界面(2 μm)的11倍，有效降低了Ti(C, B)/Ni60A复合涂层界面区的应力梯度，缓解了界面两侧的应力失配。然而，获得的Ti(C, B)/Ni60A复合涂层表面硬度仅为360~400 HV0.2，不足Ni60A涂层表面硬度的1/2，而其磨损失重却处于同一量级，这一方面归因于原位自生的大量TiCB相及少量Ti3B4相等支撑Ti(C, B)/Ni60A复合涂层基体，实现减摩耐磨作用；另一方面归因于磨损浅表区180 nm范围内涂层材料在滑擦塑性流变-热-力三场耦合作用下形成了等轴化超细晶粒组织，从而动态强化了磨损表面。

来源：2024年第12期

《金属学报》期刊编辑部

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