脉冲激光能量沉积调控Inconel 625合金微观结构以增强其高温抗氧化性能研究

本文系统探讨了采用脉冲激光能量沉积技术（Laser Energy Deposition）通过调制激光波形（如脉冲波、连续波、三角波等）对Inconel 625镍基高温合金涂层微观结构及高温抗氧化性能的优化作用。研究证实，脉冲波形可显著降低气孔率（至0.131%）、细化晶粒，并促进Cr元素扩散形成致密Cr2O3氧化层，从而有效抑制Ni离子外扩散，提升材料在900°C高温下的抗氧化能力。该策略为无需添加混合粉末的低成本激光改性工艺提供了新思路。

　　

涂层制备

本实验采用Hastelloy X-C276作为基底（尺寸110×15×10 mm3），以粒径45–150 μm的Inconel 625粉末（H?gan?s, Netherlands）为原料。激光能量沉积系统包含脉冲激光器（LMD 4000–100）及同轴沉积头（YC52），结合六轴KUKA机器人实现精准控制。

涂层宏观形貌

图3展示了不同波形激光沉积涂层的表面形貌。结果表明，各波形均能实现良好熔覆效果，但上升波形（功率从0至750 W）因热输入不稳定导致涂层表面出现波浪状不平整现象。

脉冲波形对微观结构的作用机制

研究表明，通过调控能量输入模式可有效控制熔池冷却梯度（G）与凝固速率（R）。脉冲激光在相变区间内的高冷却速率（G×R）及温度梯度与生长速率比（G/R）促进了纳米级Laves相形成，进而细化组织并优化元素分布。

结论

本研究通过不同波形脉冲激光在Hastelloy X-C276基底上制备了多层Inconel 625高温合金沉积结构，系统分析了波形对涂层表面形貌、缺陷及微观结构演变的影响，揭示了脉冲激光增强高温抗氧化性能的机理。

作者贡献声明

闫青赵： 验证与方法学；蒋金坤： 验证与监督；王新林： 验证、项目管理与资金支持；胡志强： 软件、资源与项目管理；李响： 原始撰写、资源与数据整理。

利益冲突声明

作者声明无已知财务或个人利益冲突影响本研究。

致谢

本研究获中国国家铁路集团有限公司科研项目（N2021T010）、国家自然科学基金（52305340）及辽宁省高校基本科研业务费（LJ212410150002）资助。