高速激光熔覆制备高强钢涂层的裂纹抑制与耐磨性能研究

本研究针对工业部件磨损修复需求，探索采用高速激光熔覆(HSLC)技术在渗碳钢基体上制备无裂纹Rockit? 606高碳马氏体钢涂层。通过优化激光功率、扫描速度等参数并结合250°C基体预热，成功消除凝固裂纹并获得硬度超60 HRC的涂层。磨损测试表明该涂层耐磨性显著优于传统渗碳钢，为替代有毒电镀铬工艺提供了环保解决方案。

　　

在制造业转型升级的背景下，工业核心部件如凸轮轴、模具等长期面临严重磨损问题。传统硬铬电镀因使用剧毒六价铬(Cr⁶⁺)面临欧盟REACH法规限制，而常规激光熔覆(CLC)又存在热影响区(HAZ)宽、效率低等缺陷。美国能源部支持的REMADE研究所团队在《Surface and Coatings Technology》发表研究，创新性地采用扫描速度达30-50 m/min的高速激光熔覆(HSLC)技术，在渗碳钢基体上成功制备无裂纹高碳Rockit? 606涂层。

研究采用Fraunhofer Institute开发的HSLC系统，通过设计五组不同激光能量密度参数(HSLC #1至#5)，结合250°C基体预热(PH)方案，系统分析了工艺参数对涂层裂纹、微观结构和耐磨性的影响。使用SEM进行显微结构表征，并通过往复滑动磨损试验评估性能。

Macrostructures部分显示，未经预处理的涂层普遍存在凝固裂纹，而250°C预热使裂纹完全消除。Microstructures分析发现涂层呈现柱状枝晶结构，近基体处枝晶粗大(20-50μm)，表面区域枝晶细化(5-10μm)。Hardness测试证实所有涂层硬度均超过60 HRC行业标准，预热处理对硬度分布无显著影响。Wear performance研究表明HSLC涂层的磨损率比基体材料降低80%，磨损机制以磨粒磨损为主。

该研究突破性地将预热温度控制在250°C（较文献报道降低850°C），同时保持涂层无裂纹。Joha Shamsujjoha团队首次证实HSLC技术可高效制备兼具高硬度(62-64 HRC)和优异耐磨性的Rockit? 606涂层，其沉积效率达常规激光熔覆的2倍，HAZ宽度缩减至200μm。这项成果为制造业提供了一种可替代有毒电镀铬的绿色解决方案，在汽车、模具等行业具有重要应用前景。特别值得注意的是，研究提出的"低温预热+高速熔覆"工艺组合，有效解决了高碳马氏体钢易开裂的行业难题，为高强度合金涂层的工业化应用奠定了技术基础。