熱處理對激光熔覆涂層影響的研究進展及發展趨勢

田文浩　孟偉　杜傳彬

【摘? 要】熱處理對激光熔覆涂層的表面性能有諸多影響，經過研究表明在對涂層進行熱處理后可以起到穩定涂層組織的作用，所以采用合理的熱處理工藝在一定程度上也能提高涂層的摩擦學性能、力學性能等各方面的性能。

【關鍵詞】熱處理;激光熔覆;涂層

1.熱處理時間對熔覆涂層組織的影響

熱處理對激光熔覆涂層的組織可以產生諸多影響，熔覆涂層的相成分和組織結構在進行熱處理后都會產生一定的變化。余廷等研究熱處理對強化激光熔覆NiCrBSi涂層的影響中，通過Ni60鎳基自熔合金粉末與Ta粉的混合物制備熔覆涂層，并對其進行900℃熱處理，利用XRD物相分析，將涂層進行熱處理前后的相組成及含量的對比，發現Ni60涂層中M7C3、NiSi和Ni3B的峰值明顯減弱，通過分析認為熱處理后激光熔覆涂層內物相發生了嚴重的分解，但涂層中原位生成的TaC卻未發生分解。進過研究發現熱處理時間的長短也是影響涂層組織和物相變化的一個重要因素，陸小龍等在研究熱處理對304不銹鋼激光熔覆Ni60/h-BN自潤滑耐磨復合涂層組織的影響時，對未進行熱處理、進行熱處理1h和熱處理2h的Ni60/h-BN復合涂層的XRD分析圖譜進行分析對比，發現熱處理1h的XRD圖中的CrB的衍射峰明顯高于未進行熱處理的，因為激光熔覆是一個快速熔化和快速凝固近乎同時進行的過程，而且這個過程是一個非平衡過程，這就導致在這個過程中有許多物質沒有充足的時間充分熔化，但是經過熱處理后，因為溫度的升高，所以加快了原子間的擴散運動，因而B和Cr有更多的結合，使得熱處理后有CrB生成。

2.熱處理狀態對熔覆涂層組織的影響

相關學者在研究熱處理前后鎳基高溫合金激光熔覆涂層的組織的影響研究中，分別對熔覆層進行均勻化熱處理和完全化熱處理，通過研究發現經過兩種不同的熱處理后，不同的熱處理會導致熔覆涂層有不同的顯微組織，在1150℃下均勻化熱處理1h后出現了完全再結晶的現象，且各個區域的晶粒大小不一、分布不均。而經過完全熱處理1h后的熔覆層組織為細小的等晶軸。綜上所述，熱處理的溫度、保溫時間以及冷卻方式的不同都會在一定程度上改變涂層的物相和組織結構。

3.熱處理時間對熔覆涂層力學性能的影響

在現代工業生產中，常用熱處理來提高零件的綜合性能，由于熱處理會導致激光熔覆涂層的物相和組織發生變化，因而熱處理后涂層的力學性能也會發生改變，其重點體現在熔覆涂層硬度的變化上。翟永杰等在研究熱處理對鈦合金激光熔覆自潤滑耐磨復合涂層的影響的試驗中，發現熱處理對涂層的硬度有很大的影響。通過對熱處理1h和未進行熱處理的熔覆涂層進行對比，經過分析得出在熱處理1h后熔覆涂層的硬度有所下降，這是因為熱處理降低了組織當中的殘余應力，且有部分的固溶體在熱處理的過程中溶解，所以導致熱處理后的熔覆涂層其硬度會有一定程度的下降。李廣杰在對不同熱處理時間對Ni/WC激光熔覆層力學性能的影響研究中，發現熱處理的時間長短對熔覆涂層的硬度影響也很大。熱處理對熔覆層的硬度分布基本沒影響，但熱處理時間的長短會造成很大的硬度差別，在同一種熱處理下分別對涂層成進行1h的熱處理和2h的熱處理，分析發現2h熱處理的熔覆涂層的硬度相對熱處理1h的要低，因此可以得知熱處理時間不一樣，對熔覆涂層的硬度產生的影響也不一樣。

4.熱處理狀態對熔覆涂層力學性能的影響

張德強等在研究不同熱處理狀態Cr12MoV激光熔覆的研究中，通過淬火和退火兩種不同的熱處理狀態進行試驗。對比和分析兩種不同熱處理狀態的涂層發現，退火處理要比淬火處理的涂層硬度稍微高一點。送粉量和掃描速度都相同的條件下，對激光的功率進行調整，不同的激光功率也會影響到熔覆涂層的硬度，通過實驗可以看出當激光功率在800-900W時硬度會出現峰值，在這之前，熔覆涂層的硬度一直上升，當達到峰值后熔覆涂層的硬度就會有一定程度的下降。

5.熱處理對激光熔覆涂層耐腐蝕性能的影響

王傳琦等在對多道Ni基熔覆涂層組織進行回火熱處理后研究對其耐腐蝕性能的影響中發現，涂層的耐腐蝕性經過回火熱處理后比未進行熱處理的耐腐蝕性要好很多，分析發現在回火熱處理之后，涂層的晶粒會進行了二次生長，導致涂層組織變得更加密集，從而大大提高了涂層表面的耐腐蝕性能。在鮑雨梅等對激光熔覆生物陶瓷涂層物相分析的研究中，對鈦合金的表面制備激光熔覆涂層并對涂層進行適當的熱處理，通過研究分析發現在進行熱處理后，涂層中HA的含量發生了改變，通過實驗發現HA的合成和分解是一個可逆的過程，在熱處理時達到HA的分解溫度，HA的含量會明顯減少，當溫度在一定的程度上得到了恢復，HA的含量會隨之增多，因為激光熔覆是一個快速反應的過程，因此會有一部分的HA來不及分解，反應就已經結束了，從而導致HA的含量有所增加，所以激光熔覆涂層的抗腐蝕性能也會隨之有所提升。

6.發展趨勢

現階段熱處理對激光熔覆涂層的研究已達到了一定的深度，也取得了一定的成果。隨著激光熔覆技術的不斷發展，應用激光熔覆技術制備具有自潤滑、耐磨、耐腐蝕性等的涂層將是其發展的一個重要方向，但是在制備激光熔覆涂層的過程中依然有很多問題存在。目前熱處理對激光熔覆涂層的影響還有很多不清楚的地方有待研究，所以需要進一步深入熱處理對激光熔覆涂層的影響研究。就目前而言，在制備激光熔覆涂層的過程中還存在很多的問題，比如氣孔、裂紋內應力等。如何解決這些問題，將制備好的激光熔覆涂層再進行熱處理不失為一種有效的手段。熱處理對激光熔覆涂層的影響諸多，因此將激光熔覆涂層進行熱處理，從而解決制備激光熔覆涂層過程中存在的問題是目前一個重要研究方向。

激光熔覆技術是一種新興的表面處理技術，有著很大的發展前景。

目前，激光熔覆采用的熔覆層材料主要沿用傳統的噴涂系列合金，在諸多方面已逐漸不能滿足激光熔覆工藝生產的需要。因此，研究和開發新型的激光熔覆專用合金粉末材料，按照熔覆層性能定性甚至定量地設計合金成分是今后急需解決的問題。

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