激光熔覆速度对Stellite 6涂层微观结构与力学性能的调控机制研究：从常规到高速工艺的跨尺度对比

【编辑推荐】本研究通过红外测温技术定量对比常规激光熔覆（CLC, 800-1200 mm/min）与高速激光熔覆（HSLC, 3000-5000 mm/min）工艺，揭示扫描速度通过调控熔池热历史（冷却速率提升91%、熔池寿命缩短92%），实现γ-Co基体中Cr7C3/W2C碳化物细化（SDAS减少66%），硬度提升25%但残余应力增加65%，为高精度表面工程提供理论依据。

　　

Highlight

材料

图1(a)展示了惰性气体雾化制备的Stellite 6钴基粉末（H?gan?s AB, Surfit 2537-00），其颗粒呈球形，粒径分布45-150 μm（图1(b)）。化学成分详见表1。采用双料斗送粉系统（M/s MC Thermal Spray Equipment, MPF-700T）将粉末输送至同轴激光头。

CLC与HSLC工艺参数对熔池热历史的影响

图4展示了红外测温仪捕捉的典型熔池热循环曲线（扫描速度1000 mm/min）。热循环分为加热相（AB）和冷却相（BE）：激光辐照使材料温度在AB段急速超越熔点，B点达峰值；BE段包含凝固冷却（BC）和固态冷却（CE）。HSLC（5000 mm/min）相较CLC（800 mm/min）使凝固速率提升91%，固态冷却速率提高83%，熔池寿命缩短92%——这归因于线能量降低导致的热梯度增大。

结论

本研究对比了常规激光熔覆（CLC, 800-1200 mm/min）与高速激光熔覆（HSLC, 3000-5000 mm/min）沉积Stellite 6涂层的性能差异。结果表明：HSLC通过超高冷却速率显著细化γ-Co基体中的层状共晶碳化物（Cr₇C₃/W₂C/WC），EBSD与SEM显示二次枝晶臂间距（SDAS）减少66%，位错密度增加；硬度提升25%，耐磨性增强71%，但残余拉应力升高65%，界面结合强度降低。该研究为航空航天等领域高精度涂层制备提供了工艺优化窗口。