激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層技術(shù)研究進展

張凱，陳小明, 3，張磊，伏利，劉偉，姜志鵬

激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層技術(shù)研究進展

張凱1, 2，陳小明1, 2, 3，張磊1, 2，伏利2，劉偉1，姜志鵬1

(1. 水利部產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準研究所，浙江省水利水電裝備表面工程技術(shù)研究重點實驗室，杭州 310012；2. 水利部杭州機械設(shè)計研究所，水利機械及其再制造技術(shù)浙江省工程實驗室，杭州 310012；3. 北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點實驗室，北京 100083)

激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層技術(shù)用于解決惡劣環(huán)境下零件的磨損和腐蝕問題，具有良好的發(fā)展前景。本文簡要介紹了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展歷史；重點綜述了國內(nèi)外激光熔覆工藝對制備耐磨耐蝕涂層影響的研究進展，以及激光熔覆熔池變化與激光熔覆工藝參數(shù)和熔覆層組織性能之間聯(lián)系的研究進展；并闡述了激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層技術(shù)在具體應(yīng)用零件和工況的研究進展，包括：水利工程裝備零部件、航天航空裝備零部件、石油開采裝備零部件等；最后總結(jié)了目前制約該技術(shù)全面工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵問題，以及工藝、設(shè)備等方面亟需開展的研究方向。

激光熔覆；耐磨；耐蝕；涂層；熔池

近年來，隨著人類對航空航天、核能、海洋等惡劣環(huán)境領(lǐng)域的不斷探索和開發(fā)，工程零件失效的問題越來越突出，由此造成的資源浪費、環(huán)境污染等問題日益嚴重，甚至由此引發(fā)的災(zāi)難性事故更是嚴重威脅

人民的生命與財產(chǎn)安全。其中，零件材料的磨損和腐蝕是惡劣環(huán)境下零件的最主要失效形式，一直存在并難以避免，嚴重縮短零件的使用年限，甚至影響整個設(shè)備的服役年限[1]。據(jù)有關(guān)報道，每年我國因材料磨損和腐蝕造成的損失高達數(shù)千億元，且以此造成的安全事故損失更是難以估量，因此研發(fā)高性能耐磨耐蝕材料不僅有著巨大的經(jīng)濟效益，而且有很高的社會效益[2?3]。相比零件全部使用高性能耐磨耐蝕材料，將高耐磨耐蝕材料制備成涂層涂覆在零件表面，能有效降低成本。因此，高性能耐磨耐蝕涂層的研究成為目前解決惡劣環(huán)境零件失效問題的比較經(jīng)濟且有效的主要手段之一。激光熔覆制備高耐磨耐蝕涂層技術(shù)是一種新型的代表表面工程發(fā)展方向的表面改性技術(shù)。因其可以在較低成本下，獲得與基體呈良好冶金結(jié)合、低稀釋率、組織致密等特點的高性能涂層，而且能有效增加工程零件的使用壽命和應(yīng)用范圍，在海洋工程、航空航天、石油開采等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[4]。激光熔覆技術(shù)誕生于20世紀70年代，GNANAMUTH等[5]在1974年首次提出激光熔覆技術(shù)在金屬基體上制備金屬涂層的方法，并申請了專利。到80年代，激光熔覆技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為表面工程、摩擦學(xué)、應(yīng)用激光等領(lǐng)域的前沿性課題。在低成本基體上制成高性能表面涂層，既能滿足零件使用要求，又能節(jié)約貴重、稀有的材料，降低能源消耗，此方法受到了國內(nèi)外的普遍重視[6]。90年代至今，相關(guān)科學(xué)研究，如激光熔覆工藝研究、材料成分配方開發(fā)、熔池機理研究和應(yīng)用開發(fā)，都得到快速地發(fā)展。

1 激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層組織性能的影響因素

1.1 激光熔覆工藝

1.1.1 常規(guī)熔覆工藝

激光工藝參數(shù)是決定激光熔覆涂層宏觀力學(xué)性能、微觀組織結(jié)構(gòu)等物理化學(xué)性能的關(guān)鍵因素，主要包括激光功率、光斑直徑、掃描速度、送粉方式及送粉量等[7?8]。而涂層的物理和化學(xué)性能又決定著涂層的耐磨和耐蝕性能，因此耐磨耐蝕涂層研究的一個重要任務(wù)就是對激光工藝參數(shù)的研究[9]。劉鵬良等[10]在45號鋼表面激光熔覆Ni基(Ni60)復(fù)合涂層，為改善激光熔覆層中裂紋缺陷，重點研究了激光功率對熔覆層的寬度和高度、基材的熔化深度、表面粗糙度等參數(shù)的影響，結(jié)果表明通過調(diào)整激光功率可大大減少熔覆層裂紋出現(xiàn)。喬虹等[11]激光熔覆Fe-Cr-B合金涂層于Cr12MoV模具鋼表面，并研究了激光功率、掃描速度和送粉率對熔覆層尺寸、稀釋率及組織結(jié)構(gòu)和微觀硬度的影響規(guī)律，研究表明熔覆層組織主要由平面晶、樹枝晶和等軸晶構(gòu)成，并得到最優(yōu)激光工藝參數(shù)，使得熔覆層晶粒細小、稀釋率低、呈現(xiàn)良好冶金結(jié)合，硬度超過1 000 HV。賀長林等[12]研究了激光功率和掃描速度對鎳基TiC復(fù)合涂層的組織形貌和成分的影響，結(jié)果表明：在一定范圍內(nèi)，隨激光功率增加或掃描速度降低，TiC的溶解度增加，硬質(zhì)碳化物的浸潤性提升，裂紋和氣孔缺陷減少，成分分布的均勻性得到改善。付宇明等[13]詳細地闡述了激光功率和掃描速度對鎳基碳化鎢合金涂層質(zhì)量的影響，得到了最佳涂層熔覆效果的粉末配比和工藝參數(shù)。張曉東等[14]通過正交實驗法研究了制備激光熔覆WC/Co-Cr復(fù)合涂層時，激光熔覆工藝參數(shù)(電流、頻率、脈寬和掃描速度)對熔覆層的性能和組織形貌的影響，最終得到最優(yōu)熔覆層質(zhì)量的激光工藝參數(shù)，并表明新物相主要由CrCo、WC、Cr7C3、Cr3C2等金屬間化合物和碳化物組成。趙樹國等[15]通過正交實驗法從宏觀和微觀上研究激光能量密度、掃描速度和送粉率對CBN(立方氮化硼)涂層裂紋率的影響規(guī)律，研究表明：一定范圍內(nèi)，宏觀上隨能量密度增大和掃描速度降低，裂紋率呈下降趨勢；微觀上隨激光功率和掃描速度增加，裂紋率呈現(xiàn)先減小后增大趨勢，控制激光熔覆過程中溫度場的梯度變化，最終得到裂紋率最小的涂層。綜上所述，雖然目前針對激光熔覆工藝參數(shù)與熔覆層的組織結(jié)構(gòu)、成分和性能之間的關(guān)系進行了大量的研究，取得了一些成果，但是主要的研究都集中在通過激光工藝參數(shù)的調(diào)整，得到涂層裂紋變少、稀釋率降低、硬度提升、組織細化等趨勢，而對于涂層的某一項性能的優(yōu)異程度與激光的一個或者幾個工藝參數(shù)的量化關(guān)系還有待挖掘，而不僅僅只研究變化趨勢。另外，對于不同的材料體系，比如自熔性合金、金屬陶瓷、高熵復(fù)合、非晶等粉末，和同一體系下不同材料，比如自熔性合金體系中的鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金等，需要分別制定相應(yīng)的、明確的標(biāo)準，標(biāo)定通過激光工藝參數(shù)的調(diào)整，能提升涂層的性能到什么程度，并在以后的研究中，不斷得到改善。同時，為獲取更為優(yōu)異的、更高效率的常規(guī)激光熔覆工藝，對于激光熔覆設(shè)備的發(fā)展提出了更高的要求。因為激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層速度慢是一個制約激光熔覆全面工業(yè)應(yīng)用的因素，所以大面積超高速激光熔覆工藝的研究是促進激光熔覆全面工業(yè)應(yīng)用的重要研究內(nèi)容。

1.1.2 復(fù)合工藝

國內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，為激光熔覆前后增加其它工藝方法輔助，能較好地改善或消除激光熔覆的缺陷，如氣孔、裂紋、夾雜等。常用的輔助工藝有：激光重熔、前預(yù)熱、電磁攪拌、超聲振動、機械振動、脈沖電流等。研究表明輔助工藝可明顯細化晶粒、減少氣孔裂紋、改善組織均勻性、降低涂層中殘余應(yīng)力。LI等[16]研究了高溫處理對鈦合金激光熔覆NiCrBSi/WC涂層的影響，結(jié)果表明高溫處理后涂層中析出了新的富Ti和Ni的未知硬質(zhì)顆粒，尺寸為10~50 nm，涂層晶粒明顯細化且組織更加均勻，氣孔和微裂紋大幅減少，耐磨耐蝕性和韌性得到提升，并且隨熱處理溫度升高，涂層耐磨耐蝕性能有所提高。XIE等[17]采用攪拌摩擦加工輔助激光熔覆制備Ni-Cr-Fe涂層，并利用熱機械耦合效應(yīng)消除常見的冶金缺陷，研究表明所得涂層晶粒明顯細化，晶粒尺寸達到300 nm，涂層裂紋被消除，硬度提升，摩擦因數(shù)減小，涂層性能明顯提升。王玉玲等[18]研究了利用超聲振動方法輔助制備激光熔覆3540Fe/GeO2涂層的工藝，結(jié)果表明該輔助方法能夠在不改變相成分的同時，實現(xiàn)晶粒細化、減少氣孔，并大幅提高耐磨性，磨損形式由粘著磨損為主變?yōu)槟チＤp。李德英等[19]利用有限元分析研究了超聲輔助對激光熔覆SiC/316L涂層應(yīng)力場和溫度場的影響，結(jié)果表明：超聲作用下的熔覆層殘余應(yīng)力大大降低，隨超聲振幅增大，殘余應(yīng)力先增大后減小，優(yōu)化超聲振幅后，熔覆層組織得到細化且分布均勻。劉洪喜等[20?21]研究了旋轉(zhuǎn)磁場和交變磁場輔助制備激光熔覆Fe基復(fù)合涂層的作用，研究結(jié)果表明：外加磁場可以使原來粗大、方向性強的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆?、細小的等軸晶，晶粒得到細化并消除了涂層中氣孔和裂紋等缺陷，硬度明顯提升，耐磨性大大提高，磨損量僅為無輔助措施的43%左右。許華等[22]采用電磁攪拌輔助制備激光熔覆多元復(fù)合硬質(zhì)合金，研究表明：該輔助方法能夠有效解決由于硬質(zhì)相分布不均勻和晶粒粗大導(dǎo)致的涂層裂紋問題，并能夠明顯細化涂層中的樹枝晶組織。綜上所述，通過復(fù)合工藝的方法可以進一步提升激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層的性能，減少涂層缺陷，并且復(fù)合工藝方法多種多樣，已經(jīng)有大量的學(xué)者進行了相關(guān)研究，取得了一定成果。但是，目前大都處于實驗室階段，距離真正應(yīng)用還有一段路要走。未來可以從以下幾方面發(fā)展：(1) 為方便工業(yè)應(yīng)用，研究多種工藝方法配合的、具有高集合度的工藝設(shè)備；(2) 輔助工藝方法對激光熔覆過程中能量傳遞、組織變化、成分變化的輔助作用機理還需進一步探究；(3) 輔助工藝的參與可以提升涂層的已知性能，但是由此是否會對涂層產(chǎn)生不可預(yù)知的破壞或者使其出現(xiàn)更多的缺陷，還需要在更多的試驗中發(fā)現(xiàn)并解決。

1.2 配方成分

激光熔覆的材料成分是影響熔覆涂層性能很重要的一個因素，隨著工程零件應(yīng)用環(huán)境越來越復(fù)雜、惡劣，要求涂層的功能越來越多樣，性能越來越優(yōu)異，因此單一涂層材料已不能滿足應(yīng)用要求，涂層材料的復(fù)合成為人們解決這一問題的非常重要的途徑[23?24]。目前激光熔覆材料配方常用的有：自熔性合金材料、碳化物彌散或復(fù)合材料、復(fù)合陶瓷材料等[25]。這類材料擁有優(yōu)秀的耐磨、耐蝕、耐高溫等性能，在冶金、海洋裝備、航空航天、核電等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，因此激光熔覆材料配方的研究得到國內(nèi)外學(xué)者的密切關(guān)注[26?27]。FERNáNDEZ等[28]研究了涂層中WC含量(0~50%)對NiCrBSi合金涂層的往復(fù)摩擦磨損性能的影響，研究結(jié)果表明隨WC含量增加，磨損量呈指數(shù)性減少，在WC含量30%時，無有效磨損，磨蝕類型主要是粘著磨損和磨粒磨損。LIU等[29]研究了在45#鋼激光熔覆Ni基合金涂層Ni60CuMoW中，Cu、Mo、W含量對改善涂層耐磨、耐鹽霧磨蝕的作用，結(jié)果表明優(yōu)化Ni基合金涂層元素配方能大大提高其耐中性鹽霧腐蝕能力和抗磨損能力。LUO等[30]研究了NiCrBSi含量對激光熔覆WC/Ni-NiCrBSi復(fù)合涂層組織演變、裂紋敏感性和磨損行為的影響，結(jié)果表明涂層主要以WC與TiC為增強相，TiNi與Ti2Ni為基體，隨NiCrBSI質(zhì)量分數(shù)增加到70%時，深層基體轉(zhuǎn)化為TiNi和TiNi3，涂層微觀結(jié)構(gòu)更均勻，硬度提高，但斷裂韌性有所降低，并最終確定了最優(yōu)涂層性能的材料配比。蔣海兵等[31]通過添加稀土氧化物L(fēng)a2O3，采用激光熔覆技術(shù)在鈦合金Ti-6Al-4V表面制備出一層含Ha和β-TCP的梯度生物陶瓷涂層，研究表明La2O3含量增加可促進Ha和β-TCP的生成，并且在模擬體液中浸泡14天后表面無裂紋。徐婷等[32]研究了TiB2顆粒對在鋁合金表面激光熔覆鎳基合金涂層的影響，研究表明增強相TiB2在復(fù)合涂層中分布均勻，并且反應(yīng)生成TiB、TiC、CrB和Cr23C6等硬質(zhì)相，可顯著提高其耐磨耐腐蝕性能。徐景波等[33]研究了20CrMo鋼上激光熔覆Fe-Cr涂層中Cr含量對熔覆層組織和性能的影響，結(jié)果表明隨Cr含量增加，熔覆層的抗磨損抗腐蝕能力有所增強，并且在成分為Fe-40Cr時，熔覆層達到最佳性能。綜上所述，優(yōu)化復(fù)合材料的配方成分可在很大程度上提升涂層的耐磨和耐蝕性能，并且還會新生出其他優(yōu)異性能，是提升涂層耐磨耐蝕性能和拓展具體應(yīng)用重要的途徑之一。雖然目前激光熔覆復(fù)合材料的配方研究處于大熱階段，并隨著激光熔覆應(yīng)用的場合不斷拓寬，新型高性能的復(fù)合材料研制需求也不斷增加，但大部分研究還停留在現(xiàn)有耐磨耐蝕材料體系內(nèi)，且主要集中在對比工藝研究。所以激光熔覆材料配方元素的作用機理研究和新型激光熔覆耐磨耐蝕材料體系的開發(fā)是激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層技術(shù)的重要研究內(nèi)容。可以從以下幾個方面來重點研究：(1) 高熵合金材料、納米復(fù)合材料、新型金屬非晶材料等具有新穎性以及特殊性能的復(fù)合材料；(2) 新型碳化物、氮化物和氧化物等陶瓷材料的開發(fā)和作用機理；(3) 稀土元素與各種體系合金的作用機理。

2 激光熔覆熔池研究

目前，激光熔覆工藝參數(shù)變化對熔覆層質(zhì)量的影響規(guī)律大都是通過大量的工藝對比試驗總結(jié)出來的經(jīng)驗，而激光熔覆質(zhì)量對環(huán)境因素變化較敏感。實際加工零件時，會因為各種環(huán)境因素影響達不到試驗時的效果，為此很多研究學(xué)者們將研究焦點聚焦在激光熔覆熔池的研究上。激光熔覆熔池變化的機理與凝固相變規(guī)律的研究對于了解激光熔覆工藝參數(shù)與熔覆層性能的本質(zhì)聯(lián)系具有重要的研究價值，它能提前預(yù)測熔覆層的質(zhì)量和性能，能了解激光熔覆過程中各種能量傳輸?shù)淖兓?，了解能量變化與材料變化的聯(lián)系等，具體表現(xiàn)為熔池溫度場分布、對流、傳質(zhì)等。Shixing等[34]以激光熔覆過程中熔池對流運動對熔覆層氣孔和元素分布的影響為研究重點，研究了在灰鑄鐵和45#鋼上激光熔覆NiCuFeBSi系合金熔池對流運動的機理，結(jié)果表明：熔池強對流運動使熔覆層氣孔呈均勻彌散化分布，其驅(qū)動力是因溫度場分布引起的應(yīng)力分布梯度，并揭示了激光能量密度、熔池溫度和對流運動速度之間的關(guān)系。牛犇等[35]通過三維有限元模擬和試驗，研究了316L不銹鋼激光熔覆過程的溫度場分布和相變規(guī)律，研究結(jié)果表明：熔池尺寸、穩(wěn)定的溫度場和均勻的微觀組織都可以靠激光功率和激光束來控制。雷劍波等[36]利用電荷耦合器件高溫檢測技術(shù)，檢測45#鋼上激光熔覆Ni25合金粉末的熔池表面溫度場分布，并研究了激光功率、熔池表面溫度場分布和熔覆層質(zhì)量三者之間的關(guān)系，最終得到均勻一致的熔覆層。馬永等[37]研究了TC4表面激光熔覆摻Y(jié)2O3的TiB/TiC復(fù)合陶瓷涂層過程中，激光掃描速度、熔池行為、熔覆層微觀組織和性能之間的關(guān)系，研究表明：掃描速度越小，熔池存在時間越長，組織越粗大，熔池表面對流劇烈，表層樹枝狀組織呈明顯方向性；熔池與基體界面中心區(qū)液態(tài)金屬幾乎不動，邊緣區(qū)域處于高速對流，所得中心區(qū)熔覆層組織細小、致密，邊緣區(qū)熔覆層生成朝向基體的晶須結(jié)構(gòu)。張青等[38]研究了鋁合金表面激光熔覆Ni基粉末過程中，影響熔池流動性的因素，并建立了評價參數(shù)，研究表明：稀土元素能改善熔覆層熔池流動性，能形成大量金屬間化合物強化相，大幅提高零件硬度和耐磨性。Lei等[39]提出一種三維模型來模擬Ti6Al4V合金上激光熔覆TiC/ NiCrBSiC復(fù)合涂層，通過對熔池深度和稀釋率的研究，模擬結(jié)果最終得到高質(zhì)量耐磨熔覆層，并用實驗驗證了模擬結(jié)果，模擬結(jié)果和實驗結(jié)果有著很好的一致性。綜上所述，對于激光熔池溫度場分布、對流和傳質(zhì)現(xiàn)象，學(xué)者們已經(jīng)進行了一定程度研究，結(jié)合現(xiàn)實現(xiàn)象，能初步解釋熔池的變化與激光工藝參數(shù)和涂層性能參數(shù)的聯(lián)系。但是這些研究大都是現(xiàn)象和趨勢的總結(jié)，對于激光工藝參數(shù)與熔池變化的定量關(guān)系，熔池變化和涂層性能參數(shù)的定量關(guān)系還缺少模型和評價標(biāo)準。因此下一步對于激光熔覆熔池的研究可以從以下幾個方面來進行：(1) 建立一套完善的熔池變化表征參數(shù)，如熔池的深度、寬度、溫度場分布、流動性、傳質(zhì)程度等；(2) 研究能實時監(jiān)測熔池表征參數(shù)變化的檢測系統(tǒng)；(3) 建立熔池的表征參數(shù)與涂層的組織形貌和耐磨耐蝕性能參數(shù)相結(jié)合的模型。

3 激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層的應(yīng)用

隨著激光熔覆技術(shù)的不斷發(fā)展，其在航天航空、石油、化工、海洋裝備、水利工程等領(lǐng)域的應(yīng)用得到不斷擴展，更加惡劣的應(yīng)用工況對熔覆涂層的性能提出了更高的要求。在研究者們不斷探索下，各種材料熔覆層的耐磨耐蝕性能不斷提升，并且材料配方的不斷創(chuàng)新也給每個應(yīng)用工況提供多種涂層體系選擇。管永浩[40]以石油開采關(guān)鍵零部件柱塞抽油泵摩擦表面耐磨耐蝕涂層為研究對象，采用激光熔覆技術(shù)在45#鋼上制備不同配比的Ni60+TC復(fù)合涂層，最終得到組織結(jié)構(gòu)細小均勻的熔覆層，零件的耐磨耐蝕性能大幅提高。張磊等[41]對水輪機過流部件耐磨耐蝕涂層制備問題，尤其針對其沖蝕、氣蝕失效形式，進行了涂層工藝解決方案的全面探討。水輪機耐磨耐蝕應(yīng)用研究得到很多學(xué)者的關(guān)注，從涂層制備工藝、材料配方和基體選擇等都進行了大量的研究，這可為國家的水利工程帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益[42>?43]。臧辰峰[44]研究了輥道輥用20#鋼上激光熔覆制備Ni60+Y2O3復(fù)合涂層的耐磨損性能，并采用重熔工藝使得涂層微小的裂紋孔洞等缺陷得到大大改善，使得涂層的耐磨損、耐高溫、耐腐蝕性能得到大幅提高。馬宗彬等[45]研究了激光熔覆技術(shù)在煤礦開采關(guān)鍵零部件液壓支架的應(yīng)用，所制備的涂層使得零件的耐磨耐蝕性能明顯提升。煤礦機械方面，激光熔覆技術(shù)在解決截齒、采煤機高速軸、掘進機密封圈等耐磨耐蝕問題都有很廣泛的應(yīng)用[46?47]。汪定江等[48]利用激光熔覆技術(shù)對航空發(fā)動機渦輪葉片裂紋修復(fù)工藝進行了研究，設(shè)計出一套激光修復(fù)系統(tǒng)和整個工藝過程。航空航天方面，激光熔覆技術(shù)不僅在零件修復(fù)方面有很大的應(yīng)用，而且在飛機常用的鈦合金和鋁合金表面涂層制備和零件制造方面有很廣泛的應(yīng)用[49?50]。綜上所述，激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層的應(yīng)用正在不斷拓展，從傳統(tǒng)行業(yè)到高新行業(yè)，從水下到陸地再到空中裝備，表面處理的市場份額正在快速增長，正逐步替代傳統(tǒng)表面處理工藝，如電鍍、熱噴涂、陽極氧化等。但是其中大都是大型工業(yè)設(shè)備，一些小型、甚至微型設(shè)備領(lǐng)域也需要耐磨耐蝕涂層，如微機電系統(tǒng)(MEMS)、微型無人機、微型探測等領(lǐng)域。同時也對激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層技術(shù)的精度提出更高的要求。

4 展望

經(jīng)過學(xué)者們幾十年的努力，激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層研究取得很大的進展，很多研究成果已經(jīng)進入實際應(yīng)用階段，取得很大的經(jīng)濟和社會效益。但是仍然存在一些問題，阻礙著激光熔覆技術(shù)制備耐磨耐蝕涂層全面、成熟地應(yīng)用。主要有以下幾個問題，并提出相關(guān)研究方向：

1) 熔覆涂層裂紋、氣孔和夾雜等缺陷問題的解決，雖然通過激光參數(shù)、成分配比和復(fù)合工藝的優(yōu)化，取得了不錯的進展，但是對于這些缺陷的精確控制和量化標(biāo)準還沒有制定出來，始終處在實驗對比的經(jīng)驗階段，嚴重制約著激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，同時激光熔覆新型復(fù)合材料體系的開發(fā)也是未來重點研究內(nèi)容。

2) 激光熔覆熔池能量理論模型缺乏：熔池中熱量、動量和質(zhì)量傳輸?shù)睦碚撃Ｐ蛯τ诹私饨M織形成規(guī)律具有至關(guān)重要的作用，同時計算機模擬仿真研究和熔池實時檢測技術(shù)也是建立激光熔覆熔池理論模型很有效的手段，也需要重點開發(fā)。

3) 激光熔覆快速凝固理論發(fā)展緩慢，激光快速凝固行為研究方面主要有亞穩(wěn)相和未知相的形成方式和特征，怎樣從熱物理學(xué)和熱力學(xué)的角度去解釋，以及凝固過程中熔池成分分配的規(guī)律等。

4) 結(jié)合激光熔覆系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計和機械設(shè)計，不斷改進高速大面積激光熔覆的設(shè)備和工藝，同時可拓展激光熔覆制備耐磨耐蝕涂層在微型設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用和工藝研究。

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Research progress of wear-resistant and corrosion-resistant coatings prepared by laser cladding

ZHANG Kai1, 2, CHEN Xiaoming1, 2, 3, ZHANG Lei1, 2, FU Li2, LIU Wei1, JIANG Zhipeng1

(1. Key Laboratory of Sudace Engineering of Equipment for Hydraulic Engineering of Zhejiang Province, Standard & Quality Control Research Institute, Ministry of Water Resources, Hangzhou 310012, China; 2. Water Machinery and Remanufacturing Technology Engineering Laboratory of Zhejiang Province, Hangzhou Mechanical Research Institute, Ministry of Water Resources, Hangzhou 310012, China;3. State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 410083, China)

Wear-resistant and corrosion-resistant coatings manufactured by laser cladding technology is used to solve the wear and corrosion problems of parts in harsh environments. It has good prospects for development. In this paper, the development history of laser cladding technology is briefly introduced, and the research progress of the influence of laser cladding technology on the preparation of wear-resistant and corrosion-resistant coatings is summarized emphatically at home and abroad, as well as the relationship between the change of molten pool and laser cladding process parameters and the structure properties of the cladding layer. The research progress of laser cladding technology for wear-resistant and corrosion-resistant coatings in specific application parts and working conditions is also described, including parts of hydraulic engineering equipment, aerospace equipment, petroleum mining equipment, etc. Finally, it summarizes the key issues that restrict the comprehensive industrial application of the technology, as well as the research directions that need to be carried out in terms of process and equipment.

laser cladding; wear-resistant; corrosion-resistant; coating; molten pool

TG174.44

A

1673-0224(2019)04-308-07

浙江省科技計劃項目(2017C37048)；浙江省科技計劃項目(2018C37029)；浙江省科技計劃項目(2019C04019)

2019?03?27；

2019?04?21

張凱，碩士，工程師。電話：18796020289；E-mail: zhangkai0618@sina.com; 陳小明，高級工程師，博士。電話：15967150168；E-mial: xiaoming840@163.com

(編輯 高海燕)