激光金属沉积NiCoCrAlY涂层的实时热特征与Scheil模拟研究：燃气轮机部件微观结构与相形成调控

本研究通过集成实时红外测温与Scheil-CALPHAD模拟，揭示了激光金属沉积（LMD）NiCoCrAlY涂层过程中扫描速度对β-NiAl/γ-Ni相比例及硬度的调控机制，发现1940-2000°C熔池峰值温度与180-230ms熔池寿命可优化β相占比（58%→14%），使划痕硬度达2.85±0.22GPa，为燃气轮机涂层性能定制提供新策略。

　　

燃气轮机高温部件长期面临氧化腐蚀与磨损挑战，传统热喷涂涂层存在结合力弱、相稳定性差等问题。NiCoCrAlY合金因兼具β-NiAl(BCC)相的高硬度与γ-Ni(FCC)相韧性成为理想涂层材料，但激光金属沉积(LMD)过程中参数调控缺乏理论指导，导致相比例与性能波动显著。印度理工学院等机构研究人员在《Surface and Coatings Technology》发表研究，通过实时红外测温与Scheil-Gulliver模拟的协同分析，破解了工艺参数-微观结构-性能的关联密码。

研究采用45-90μm NiCoCrAlY粉末（Hoganas Amperit 405.002）与Inconel 718基板，通过LMD构建单道涂层。关键技术包括：1) 红外高温计实时监测熔池温度曲线；2) 基于Rietveld精修的XRD定量相分析；3) 考虑溶质捕获效应的Scheil-CALPHAD相预测模型；4) 划痕硬度测试与显微硬度映射。

【Bead geometry analysis】发现扫描速度600mm/min时，稀释率(DL)与长宽比(AR)达最佳平衡，熔池几何特征直接影响β/γ相分布。【Conclusions】证实扫描速度（非功率）主导稀释行为：速度提升使γ-Ni相占比从14%增至58%，显微硬度相应从510HVN_0.02降至346HVN_0.02。熔池寿命(180-230ms)与峰值温度(1940-2000°C)是β相形成的热力学关键窗口，800W/600mm/min参数组合获得2.85GPa划痕硬度，较基体提升2倍。

该研究创新性地将实时热特征与Scheil模拟耦合，建立了LMD工艺-β相含量-硬度的定量关系。β-NiAl相不仅是Al⁺离子库（促进保护性Al₂O₃膜形成），其含量调控更为燃气轮机涂层抗磨损/抗氧化性能优化提供了明确路径。研究团队提出的"熔池寿命-峰值温度"双参数控制模型，为其他双相合金激光增材制造提供了普适性方法论。