激光熔覆技術(shù)是一種發(fā)展前景廣闊的新型表面改性技術(shù)，既滿足了材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。裂紋問題是制約激光熔覆技術(shù)廣泛工業(yè)化應(yīng)用與進(jìn)一步發(fā)展的主要阻礙之一。介紹了激光熔覆層裂紋產(chǎn)生的原因，綜述了裂紋的控制措施，包括熔覆層材料成分設(shè)計、設(shè)置過渡層、工藝參數(shù)優(yōu)化、基體預(yù)熱、外場(力)輔助等，最后對當(dāng)前激光熔覆層裂紋控制措施中仍存在的問題進(jìn)行了總結(jié)，并展望了未來的研究方向。
1、 激光熔覆層裂紋產(chǎn)生原因
激光熔覆層在成形過程中的熔化、凝固和冷卻均在極短的時間內(nèi)完成，急熱急冷的特性導(dǎo)致熔覆層在外部的拘束下極易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力主要包括熱應(yīng)力、組織應(yīng)力和約束應(yīng)力，其中：熱應(yīng)力是由于熔覆溫度與室溫相差較大導(dǎo)致較大的溫度梯度，以及基體與熔覆材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)等熱物性參數(shù)不同而產(chǎn)生的；組織應(yīng)力是由于熔覆層與基體材料的比熱容不同，在相變過程中結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變不均勻而產(chǎn)生的；約束應(yīng)力是指材料在受熱膨脹、遇冷收縮過程中因周邊的束縛而產(chǎn)生的壓/拉應(yīng)力。如果內(nèi)應(yīng)力無法及時釋放，不斷累積超過了材料強度，就會導(dǎo)致裂紋的萌生與擴展；此外，激光熔覆過程中的除氣、造渣、除氧反應(yīng)速率很快，熔池存在時間短暫，會出現(xiàn)諸如氣孔、夾雜物等缺陷，應(yīng)力易集中在這些缺陷周圍，進(jìn)而導(dǎo)致裂紋的萌生。
裂紋的形成與熔覆層結(jié)構(gòu)缺陷和內(nèi)應(yīng)力密切相關(guān)，是冶金和力學(xué)2種因素共同作用的產(chǎn)物。通過降低熔覆層形成過程中的內(nèi)應(yīng)力，可以有效減小熔覆層開裂概率。
2 激光熔覆層裂紋控制措施
1、熔覆層材料成分設(shè)計
通常，選擇熱膨脹系數(shù)較小的熔覆材料能夠提高熔覆層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進(jìn)而減少由熱膨脹引起的層間剝離、開裂等問題。張堅等在45鋼表面激光熔覆具有較小的熱膨脹系數(shù)的Fe-36Ni因瓦合金熔覆層，發(fā)現(xiàn)相較于基體，熔覆層的熱膨脹系數(shù)降低了1個數(shù)量級，且單道熔覆層表面平滑，組織均勻致密，沒有裂紋缺陷。但是因瓦合金熔覆層的硬度、耐磨性及耐腐蝕性較差，一般通過添加陶瓷材料等增強相來改進(jìn)。喻世豪研究發(fā)現(xiàn)：添加2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)硼和2%SiO2后，因瓦合金熔覆層的硬度提高了50%左右，在25~600℃溫度段的平均線性熱膨脹系數(shù)為6.27×10-6℃-1，保持了較好的因瓦效應(yīng)；并且熔覆層表面平整，沒有孔洞和裂紋等缺陷，顯微硬度最高可以達(dá)到650HV，遠(yuǎn)高于45鋼基體。
在保證材料性能的前提下，在熔覆層中加入一種或多種合金元素可促進(jìn)韌性相的生成，使熔覆層組織具有更好的延展性，進(jìn)而達(dá)到抑制裂紋的目的。以因瓦合金為例，鎳元素的加入在保證合金涂層硬度的同時，提升了合金的韌性，有效減少了裂紋的產(chǎn)生。此外，鈦和鈮元素均能起到細(xì)晶強化的作用，可有效提高熔覆層的硬度并減小晶間腐蝕傾向；鉬元素的加入有利于細(xì)小等軸枝晶的生成，從而提高熔覆層的塑韌性，降低熔覆層的開裂敏感性；鉻元素可以促使合金的組織從共晶態(tài)變?yōu)閬喒簿B(tài)，此過程通常會發(fā)生晶體尺寸的減小和組織的細(xì)化，從而減少裂紋的產(chǎn)生。張鴻羽等研究了鉬元素對EA4T鋼表面激光熔覆Fe-Cr合金熔覆層的影響，結(jié)果表明，鉬元素的加入可有效提升熔覆層韌性，除添加70%鉬元素的熔覆層有少量裂紋外，添加10%~50%鉬元素的熔覆層均未出現(xiàn)裂紋。MA等研究了鉻對激光熔覆鎳基復(fù)合熔覆層組織和性能的影響，發(fā)現(xiàn)鉻的添加可以改變原位增強相的組成和含量，細(xì)化組織結(jié)構(gòu)，添加2%，4%鉻時，熔覆層表面連續(xù)且光滑，沒有裂紋和孔洞等缺陷，但當(dāng)鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至6%和8%時，過多碳化物的形成降低了熔覆層的韌性，導(dǎo)致熔覆層在快速冷卻過程中發(fā)生開裂。
稀土元素通常具有較強的活性，在熔覆時加入稀土元素或其氧化物能夠在晶粒細(xì)化的同時改善熔池的流動性和表面張力，減少裂紋的產(chǎn)生。GONG等指出，適當(dāng)比例的氧化鈰粉末可以有效降低Ni60A合金熔覆層在TC4合金基體上的開裂敏感性。LI等在碳鋼表面激光熔覆制備鎳基復(fù)合陶瓷熔覆層時，通過添加0.6%的La2O3得到了無裂紋的熔覆層。徐歡歡在42CrMo鋼表面激光熔覆制備鎳包碳化鎢復(fù)合涂層時發(fā)現(xiàn)：添加1.0%CeO2的熔覆層表面平整光滑，沒有任何裂紋；添加0.5%CeO2時，熔覆層的表面不夠平滑且出現(xiàn)了貫通裂紋；當(dāng)添加1.5%~2.0%CeO2時，熔覆層表面粗糙，裂紋也明顯增多。張光耀等指出：在熔覆材料中分別添加La2O3、Y3O2 和CeO2，所制備的熔覆層在氣孔和裂紋減少的同時硬度和耐磨性得到了提高；稀土氧化物添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.4%~1.0%為宜，過少對涂層開裂的緩解效果不明顯，過多則會減弱固溶強化作用，使得組織中生成大量脆性相而導(dǎo)致熔覆層開裂。
綜上所述，選擇熱膨脹系數(shù)較小的熔覆材料，在合金中添加增韌、增塑元素,稀土元素或其氧化物均能夠在一定程度上減少熔覆層裂紋，提高熔覆層質(zhì)量。
2、設(shè)置過渡層
研究表明，熔覆層和基體具有不同的熱物性參數(shù)，存在較大的溫度梯度，因此容易積累熱應(yīng)力，導(dǎo)致界面裂紋的形成。在熔覆目標(biāo)合金前預(yù)置與兩者均具有良好熱物性匹配的過渡層，可以改善熔覆層和基體的結(jié)合性能，進(jìn)而抑制界面裂紋的萌生及向熔覆層內(nèi)部的擴展。
THAWARI等以Inconel625合金層為過渡層在SS316不銹鋼基體上激光熔覆鈷基耐磨合金層，與未加過渡層相比，加入過渡層后的熔覆層晶粒更加細(xì)小，無明顯裂紋并表現(xiàn)出更小的孔隙率。陸巍巍在 Ni47Ti44Nb9合金表面預(yù)置純鎳、純鈦和純鈮層后，通過激光熔覆制備了TC4合金熔覆層，結(jié)果表明，3種過渡層均能有效減少裂紋的產(chǎn)生，并提高熔覆層和基體的結(jié)合質(zhì)量。純鎳層的熱膨脹系數(shù)分別接近于 Ni47Ti44Nb9合金基體和TC4合金熔覆層，有利于減小熔覆層中的內(nèi)應(yīng)力，從而降低開裂概率；純鈦層中的鈦原子可通過冶金反應(yīng)，避免熔覆層中脆性金屬間化合物的產(chǎn)生，使得熔覆層組織中脆性相減少，韌性相增加，有利于緩解殘余應(yīng)力，減少裂紋的產(chǎn)生；純鈮的熱膨脹系數(shù)和彈性模量與Ni47Ti44Nb9合金基體接近，并且當(dāng)鈮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40%以上時可與鈦形成無限固溶體，消除了由脆性第二相析出導(dǎo)致的開裂。蘇軒在碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料表面激光熔覆TC4合金時，先以含10%AlSi10Mg合金粉的TC4合金粉為原料在復(fù)合材料表面制備了一層過渡層，這使得結(jié)合界面處的晶粒發(fā)生細(xì)化，應(yīng)力集中現(xiàn)象得到緩解，抑制了裂紋的產(chǎn)生，提高了熔覆層和基體的結(jié)合強度。張弛一克在鎂鋰合金基體表面激光熔覆NiTi合金時，先制備了一層過渡層，結(jié)果表明，與純鋁過渡層相比，添加1.5%Y2O3的Al-Si-Y合金過渡層的晶粒獲得進(jìn)一步細(xì)化，裂紋和孔洞等缺陷更少，在此過渡層上制備的熔覆層呈現(xiàn)出較好的界面形貌和結(jié)合效果，無明顯裂紋產(chǎn)生。
3、工藝參數(shù)優(yōu)化
激光能量密度是指激光束在單位面積上的能量分布。在激光熔覆過程中，激光功率、掃描速度、光斑尺寸等作為關(guān)鍵工藝參數(shù)直接影響熔池攝入的激光能量密度。激光能量密度過大會導(dǎo)致熔池溫度過高和熱應(yīng)力增大，增加裂紋形成風(fēng)險；激光能量密度過小，會造成熔池熔化不充分、與基體間結(jié)合不強，導(dǎo)致組織缺陷和裂紋的產(chǎn)生。因此，通過優(yōu)化工藝參數(shù)調(diào)節(jié)激光能量輸入，可以減少裂紋的產(chǎn)生，提高熔覆層成形質(zhì)量和性能。
衡釗等在1500~2000W激光功率下對27SiMn鋼表面進(jìn)行激光熔覆，保持掃描速度20mm·s-1、送粉量18g·min-1和光斑直徑2mm不變，熔覆層的塑性隨功率增大先增高后降低，在1800W時與基體呈良好冶金結(jié)合，顯微組織主要為胞狀晶，抗拉強度和斷后伸長率等拉伸性能達(dá)到最優(yōu)，避免了因殘余應(yīng)力超過材料極限強度而產(chǎn)生裂紋。XIAO等利用超高速激光熔覆工藝制備了鐵基非晶合金熔覆層，發(fā)現(xiàn)掃描速度增大使得熔覆層厚度減小，降低了應(yīng)力集中，減少了裂紋的產(chǎn)生。另外，眾多研究也表明，掃描速度的減小會導(dǎo)致溫度梯度增大，熱應(yīng)力也隨之增大，開裂敏感性增大。因此，在能量密度達(dá)到要求的情況下，可以適當(dāng)?shù)卦龃髵呙杷俣?。LI等在45鋼上制備了Fe-Cr-Mo-B-C合金熔覆層，當(dāng)激光功率為1400W、搭接率為30%、掃描速度為10mm·s-1時，熔覆層中幾乎沒有出現(xiàn)孔隙和裂紋等缺陷，隨著激光功率和搭接率的增大，熔覆層開始產(chǎn)生孔隙和裂紋。郭士銳等在HT250灰鑄鐵表面激光熔覆多道鐵基合金涂層，保持激光功率1400W、掃描速度6mm·s-1不變，當(dāng)搭接率為35%時，熔覆層顯微組織由下而上依次為粗大的樹枝晶與胞狀晶、交叉生長的柱狀晶、等軸晶，無裂紋產(chǎn)生；當(dāng)搭接率超過35%時，熔覆層中產(chǎn)生明顯的宏觀裂紋。張蕾濤通過正交試驗，得出影響熔覆層開裂的因素由大到小排序為掃描速度、搭接率、激光功率、熔覆道數(shù)、送粉速率，其中：掃描速度過快，能量密度降低，裂紋發(fā)生率增加；激光功率增加，開裂傾向下降；熔覆道數(shù)增加，裂紋數(shù)量和開裂概率增加；搭接率和送粉速率過大或過小都會對熔覆層造成不利影響，其數(shù)值大小應(yīng)該根據(jù)熔覆材料的不同進(jìn)行具體分析，通常情況下，搭接率選擇為30%~50%，送粉速率選擇在15g·min-1左右。
4、基體預(yù)熱
在激光熔覆前對基體進(jìn)行預(yù)熱，可以有效減小熔覆層與基體間的溫度梯度，減緩冷卻速率，進(jìn)而降低熱應(yīng)力，減少裂紋的產(chǎn)生。在一定范圍內(nèi)，溫度梯度隨基體預(yù)熱溫度升高而降低，但預(yù)熱溫度過高會造成晶粒粗大，對熔覆層性能產(chǎn)生不利影響。因此，在選擇基體預(yù)熱溫度時需要綜合考慮熔覆材料的性質(zhì)、工藝參數(shù)等因素。適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度可以減少激光熔覆過程中裂紋的形成，改善熔覆層與基體之間的結(jié)合，提高熔覆層的質(zhì)量和性能。
李洪玉等在鑄鋼基體上激光熔覆鐵基合金粉末，研究了100~300℃預(yù)熱溫度下熔覆層的應(yīng)力分布，結(jié)果表明，隨溫度升高，熔覆層中平行和垂直于掃描方向的殘余應(yīng)力先減小后增大。需要注意的是，對基體預(yù)熱后，如果沒有良好的保溫措施，預(yù)熱溫度與室溫相差較大,將導(dǎo)致基體溫度驟降，無法起到減少裂紋產(chǎn)生的作用。LIU 等提出了一種動態(tài)預(yù)熱方法，即利用附加熱源來加熱熔池前的局部區(qū)域，預(yù)熱熱源和熔覆熱源以相同的掃描速度和恒定的距離同步移動，此方法有效解決了預(yù)熱后基體溫度驟降的問題；通過動態(tài)預(yù)熱，熔覆層的冷卻速率和溫度梯度減小，熱應(yīng)力和開裂概率降低。吳祖鵬在激光熔覆Ni60A 合金時，通過預(yù)熱保溫復(fù)合工藝將基體預(yù)熱到300℃，成功消除了裂紋。李聰瑋研究了在不同預(yù)熱溫度下熔覆層裂紋斷口形貌，結(jié)果表明：隨著預(yù)熱溫度的升高，熔覆層斷裂方式由脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂；與未預(yù)熱相比，預(yù)熱100℃后斷后伸長率增加6.2%，說明其塑韌性提高，這有利于緩解釋放應(yīng)力，減少裂紋。
5、外場(力)輔助
在激光熔覆過程中或熔覆后引入外場(力)作用，對降低熔覆層溫度梯度和殘余應(yīng)力有著顯著成效。常見的外場(力)輔助有超聲振動、電磁場輔助、激光沖擊和高頻微鍛，其中激光沖擊與高頻微鍛屬于后處理方法。未處理的沉積態(tài)熔覆層在放置較長時間內(nèi)，能聽到清脆的金屬斷裂聲，這來源于殘余應(yīng)力逐漸釋放導(dǎo)致的材料開裂；此現(xiàn)象可通過后處理緩解殘余應(yīng)力而消除。
超聲振動通過對熔池凝固過程進(jìn)行干預(yù)使應(yīng)力場趨于均勻化，避免應(yīng)力集中，減少裂紋的產(chǎn)生。劉大宇在H13鋼表面激光熔覆制備鎳基合金熔覆層時，從基體底部引入超聲振動，通過有限元數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)：經(jīng)超聲振動輔助后，熔覆層的殘余內(nèi)應(yīng)力降低了537MPa；隨著振幅的增大，熔池峰值溫度升高，殘余應(yīng)力先降低后升高。殘余應(yīng)力是引起裂紋的主要原因，開裂敏感性隨殘余應(yīng)力的減小而降低。ZHUANG等研究了超聲振動對激光熔覆316L不銹鋼熔覆層組織和性能的影響，結(jié)果表明，不同振幅的超聲振動均能起到均勻組織、細(xì)化晶粒、減少裂紋和孔洞的作用。申井義等將振動裝置施加角度設(shè)置為45°，將Q235低碳鋼基體與聲源間距設(shè)置為30cm，在恒定功率、20kHz下利用空氣為載體對熔覆區(qū)進(jìn)行超聲振動，結(jié)果表明施加超聲振動后熔覆層的晶粒和組織更加細(xì)密，裂紋和氣孔等缺陷明顯減少。在實際操作中，需要綜合考慮超聲振動的引入形式，比如：在基體底部引入時，需要注意超聲振動的強度大小，以實現(xiàn)對整個熔覆區(qū)域的有效干預(yù)；以空氣為載體對熔覆區(qū)進(jìn)行超聲振動時要防止超聲波的衰減,同時要考慮振動角度對熔覆質(zhì)量的影響。
在激光熔覆中還可以通過施加穩(wěn)態(tài)磁場、旋轉(zhuǎn)磁場和交變磁場等方式來減緩熔池對流，抑制晶粒生長，減小應(yīng)力集中與溫度梯度，從而達(dá)到減少裂紋的目的。QI等在42CrMo合金基體上，在附加磁場作用下制備了Co-Fe-Cr-B-C合金熔覆層，受熔覆過程中磁致伸縮效應(yīng)的影響，熔覆層和基體間的熱膨脹系數(shù)和彈性模量差值變小，熔覆層開裂敏感性降低。ZHAI等研究了交流電(AC)對激光熔覆Ni-Cr-B-Si合金的影響，發(fā)現(xiàn)施加交流電場可以提高晶體成核速率并細(xì)化晶粒尺寸，促使熔覆層底部的組織由枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶，最終使熔覆層中的裂紋數(shù)量減少了約60%。ZHAI等還在電磁復(fù)合場的輔助下，在純鐵上制備了激光熔覆鎳基合金熔覆層，結(jié)果表明，施加電磁場后γ-(Fe，Ni)硬質(zhì)相呈現(xiàn)出等軸晶形貌，提高了熔覆層的塑性，同時鏈狀Cr7C3轉(zhuǎn)變?yōu)榘魻罘植?，增加了基體的連續(xù)性，降低了開裂敏感性。李金東通過有限元數(shù)值模擬分析認(rèn)為，電磁場的加入會降低熔池的最高溫度，使得溫度場分布更加均勻，減小了溫度梯度，從而有效緩解應(yīng)力集中現(xiàn)象。陳發(fā)強在純鐵基體表面激光熔覆制備高硬鎳基合金熔覆層，研究了穩(wěn)態(tài)磁場和交變電流對熔覆層的協(xié)同影響，結(jié)果表明電磁場的施加可以加快枝晶間液體流動，避免低熔點雜質(zhì)的匯聚，從而降低熔覆層的開裂敏感性。
激光沖擊強化技術(shù)利用強激光束在極短時間內(nèi)發(fā)出的沖擊波對熔覆試樣表面進(jìn)行輻照，通過改變材料表面組織，使應(yīng)力場分布趨于均勻化，降低熔覆層中的殘余內(nèi)應(yīng)力，從而減少開裂。曹宇鵬等將鋁箔用作吸收層，去離子水用作約束層，研究了激光沖擊對熔覆 E690高強鋼的影響，結(jié)果表明，經(jīng)激光沖擊后，熔覆層組織為等軸晶，減小了應(yīng)力集中，降低了開裂敏感性。萬天一利用激光熔凝-激光沖擊-石墨化退火復(fù)合強化技術(shù)對HT200灰鑄鐵進(jìn)行表面改性，結(jié)果顯示，激光沖擊后的熔覆層晶粒更加細(xì)小且均勻分布，應(yīng)力集中現(xiàn)象得到緩解，韌性提高，從而有效抑制了裂紋的擴展。但激光沖擊技術(shù)的局限性在于，試驗前需要在熔覆試樣表面添加能量吸收涂層，這使得工藝變得繁瑣，強化效率較低。
利用高頻鍛造頭對剛掃描結(jié)束的熔覆層進(jìn)行快速鍛打，一方面使熔覆層發(fā)生微小的塑性變形，另一方面鍛打時產(chǎn)生的應(yīng)力可與熔覆層內(nèi)部的殘余應(yīng)力相抵消，從而抑制裂紋的產(chǎn)生。余金水在激光熔覆304不銹鋼的過程中同步進(jìn)行機械式高頻微鍛處理，熔覆完成后進(jìn)行超聲頻微鍛處理，有效降低了熔覆層中的裂紋數(shù)量，并且在一定程度上提高了熔覆層的拉伸強度等力學(xué)性能。然而在激光熔覆過程中，熔覆層已經(jīng)在短時間內(nèi)因應(yīng)力集中而產(chǎn)生了裂紋，在后續(xù)微鍛過程中若熔覆層溫度太高，則會因鍛打而引發(fā)裂紋，若熔覆層溫度太低，則鍛打產(chǎn)生的應(yīng)力場不能有效抵消熔覆層內(nèi)的殘余應(yīng)力。因此，為了更好地消除裂紋還應(yīng)綜合考慮其他處理手段。
6、其他方法
在激光熔覆過程中，較高的熱輸入和快速冷卻過程會使熔覆層產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力。激光重熔可以通過對熔覆層再次加熱并保持在熔化溫度范圍內(nèi)，使材料發(fā)生再結(jié)晶和再結(jié)合，釋放和減少殘余應(yīng)力，從而降低熔覆層開裂的風(fēng)險。魯耀鐘等制備了K418/Inconel718合金熔覆層，發(fā)現(xiàn)經(jīng)激光重熔處理后，熔覆層組織更加細(xì)密均勻，偏析現(xiàn)象得到緩解，殘余應(yīng)力與應(yīng)力集中減小，從而有效地抑制了裂紋的產(chǎn)生。LIU等利用激光3D打印技術(shù)制備Al2O3/ZrO2復(fù)合熔覆層，發(fā)現(xiàn)激光打印時熔池中的誘導(dǎo)壓力比定向凝固中的誘導(dǎo)壓力小，熔池流動性得以提高，熔覆層中的裂紋明顯減少。周圣豐等在A3鋼表面制備WC增強鎳基合金復(fù)合熔覆層時發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的激光熔覆技術(shù)相比，激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆法的效率提高了近5倍，并且熔覆過程中的溫度梯度明顯減小，可得到無裂紋的熔覆層。LU等為降低熱應(yīng)力采用了三重激光掃描策略，首先激光掃描加熱基體，減小溫度梯度，熔覆結(jié)束后掃描熔覆層使其產(chǎn)生非晶涂層，然后立即對熔覆層進(jìn)行第三次激光掃描，使殘余應(yīng)力釋放的同時，熔覆層部分熔化，填充和修復(fù)裂紋，從而得到無裂紋的鐵基非晶態(tài)熔覆層。ZHANG 等研究了基體噴丸處理對K447A鎳基高溫合金在激光熔覆過程中液化裂解的影響，對基體進(jìn)行噴丸處理后，激光熔覆層縱截面的液化裂紋總長度從1649μm減小到248.8μm，液化開裂的趨勢減小。
超高速激光熔覆技術(shù)與傳統(tǒng)激光熔覆技術(shù)相比具有更低的稀釋率，更小的基體熱影響區(qū)和溫度梯度。超高速激光熔覆技術(shù)通過使用高能量、高頻率的激光脈沖，能夠在短時間內(nèi)迅速加熱和冷卻材料，有利于減少內(nèi)應(yīng)力的生成，從而降低了開裂的風(fēng)險。黃海博等通過優(yōu)化超高速激光熔覆工藝參數(shù)，調(diào)控?zé)彷斎耄瑴p少了熱應(yīng)力的積累，在45鋼表面制備了無明顯氣孔和裂紋等缺陷的Fe-Si-B非晶合金熔覆層。張煜等通過超高速激光熔覆技術(shù)制備了WC/鎳基合金涂層，相較于傳統(tǒng)激光熔覆，高速激光熔覆具有更高的冷卻速率及更小的熔覆層厚度，所制備的熔覆層組織更加細(xì)密，因此抗裂性提高。
3、 結(jié)束語
激光熔覆技術(shù)是一種經(jīng)濟高效的表面改性技術(shù)，但隨著熔覆材料硬度的提高，熔覆層裂紋問題更加突出，亟待解決。目前，學(xué)者們普遍認(rèn)為,熔覆開裂主要由殘余應(yīng)力引起。通過合理選擇熔覆材料、增設(shè)過渡層、優(yōu)化熔覆工藝參數(shù)、基體預(yù)熱、外場(力)輔助等措施可以有效減小熔覆層內(nèi)應(yīng)力，從而降低開裂。但激光熔覆是一個極其復(fù)雜的過程，獲得一組合理的熔覆材料，合適的工藝參數(shù)以及有效的處理方法較困難，并且單純以熔覆層無裂紋為目的去調(diào)節(jié)成分及參數(shù)，可能會導(dǎo)致熔覆層使用性能的降低。為獲得裂紋更少、質(zhì)量更高的熔覆層，今后的研究工作可在以下幾個方面開展。
(1)在熔覆層材料成分合理設(shè)計的基礎(chǔ)上，研究熔覆工藝參數(shù)和添加元素的交互作用，針對不同的成分體系設(shè)計合理的熔覆工藝，在提高熔覆質(zhì)量的同時減少裂紋的產(chǎn)生。
(2)探究磁場和溫度場等復(fù)合物理場對裂紋的控制機制和效果，研究多個物理場的聯(lián)合作用效果，以最小的成本實現(xiàn)減少裂紋的目的。
(3)針對激光熔覆快速升溫、快速冷卻的特性，開發(fā)穩(wěn)定的保溫系統(tǒng)，減小溫度梯度，降低殘余應(yīng)力。
(4)配合聲發(fā)射檢測、紅外熱成像檢測等裂紋監(jiān)測手段，準(zhǔn)確掌握裂紋產(chǎn)生的時間、位置和熔池的熔凝狀態(tài)，從而更加有效地解決熔覆層的開裂問題。
引用本文：
王廷宣，章健，劉敬，等.激光熔覆層裂紋控制的研究進(jìn)展[J].機械工程材料，2023，47（8）：1-7，58.
Wang T X, Zhang J, Liu J, et al. Research Progress on Crack Control of Laser Cladding Layer, 2023, 47（8）: 1-7，58.
DOI:10.11973/jxgccl202308001
京公網(wǎng)安備11010802046783號
