摘 要：在 Ni 基高温合金表面，激光熔覆钴基合金及其纳米氧化物颗粒复合材料涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及 XRD 分析了熔覆层的组织结构。对熔覆层的硬度、耐磨性和高温抗氧化性等性能进行试验。研究了激光工艺参数、粉末供给方式、多道搭接、多层熔覆、基体、预热状态以及纳米材料的加入等对熔覆层的组织与性能的影响,结果如下。
Stellite 6，Höganäs(HMSP 2528/2537)合金熔覆层主要组成相均为 γ-Co，Cr23C6，HMSP 2537 合金涂层中出现了亚稳相 Co3W9C4；CoNiCrAlY 合金熔覆层的组成相为γ-Co、Ni2Y 和 Cr3Ni2SiC 等。Ni 基合金熔覆层界面区宽且不规则，未出现 45 钢基体与熔覆层界面的平面结晶，向中心过渡为垂直于界面胞状晶、柱状枝晶等多种形态；熔覆层的近自由表面的结晶方向与激光扫描速度方向平行。随激光输入功率增大，基体溶入较多，且部分未完全熔化的颗粒在熔池中作为现成表面，使界面凝固形态发生变化。单层熔覆层组织细小致密，预热、搭接、多层熔覆的组织较粗大；在搭接、多层熔覆的界面区，发现重熔区界面部分晶粒的结晶方向继承了第一道的结晶方向，树枝晶的生长受择优取向的影响比热流的影响大。
加入纳米 Al2O3、Y2O3的复合材料熔覆层中，凝固组织一次枝晶间距均得到细化；所加入的纳米增强颗粒较均匀地分布于熔覆层中，纳米颗粒的加入促进了向平衡相 ε-Co的转变，且有新相形成（CoAl2O4），亚结构由位错转变为层错；发现 Y2O3、Cr23C6与 γ-Co晶格错配度很小。应尽量避免纳米颗粒的长大及局部团聚现象。纳米材料的加入，熔覆层的硬度和耐磨性提高，当加入量为 3%时，耐磨性反而下降。熔覆层的抗氧化性能比基体高，CoCrNiAlY 合金熔覆层在 1 100 ℃时的抗氧化性能比 HMSP 2528/2537 合金高，但其在 1 300 ℃时抗氧化性能明显下降，而且表面出现少量熔化现象。
建立相关模型，对熔覆层凝固组织随工艺参数变化、复合材料熔覆层中颗粒均匀分布等机理进行探讨。在滑（垫）块表面熔覆 Sellite 6 及 HMSP 2537 合金熔覆层已用于钢坯加热炉，效果良好。
关键词：激光熔覆；钴基合金；纳米氧化铝/氧化钇；复合材料涂层
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