稳态磁场辅助激光熔覆SDSS 2507对SS 420耐磨性与微观结构的影响及反常弹性模量行为研究

为解决SS 420马氏体不锈钢在循环载荷下易出现热应力开裂和磨损的问题，研究人员通过稳态磁场（MF）辅助激光熔覆超双相不锈钢SDSS 2507，探究磁致伸缩效应对弹性模量（E）及耐磨性的影响。结果表明，6 mT磁场下晶粒显著细化，微硬度提升至528 HV0.0055（较基体提高112%），摩擦系数和磨损轨迹宽度分别降低25.40%和41.83%，同时热应力减少19.63%。该研究为工业部件表面强化提供了创新性解决方案。

　　

在塑料注射模具和医疗器械等领域，马氏体不锈钢SS 420因其高强度与耐腐蚀性被广泛应用，但长期服役中面临热应力开裂和磨损的严峻挑战。传统表面处理如渗氮或碳化易形成铬碳化物（Cr₂₃C₆），导致基体铬贫化并降低耐蚀性。为此，印度理工学院的研究团队创新性地采用稳态磁场（MF）辅助激光熔覆技术，将超双相不锈钢SDSS 2507熔覆于SS 420表面，通过磁致伸缩效应调控材料性能，相关成果发表于《Surface and Coatings Technology》。

研究采用Taguchi L₂₇正交实验设计，在0–6 mT磁场下进行激光熔覆，结合扫描电镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）分析微观结构，通过球-盘摩擦试验评估耐磨性。

材料与参数优化
选用50–150 μm的SDSS 2507粉末，在800 W激光功率和800 mm/min扫描速度下，6 mT磁场使微硬度达528 HV_0.0055，晶粒尺寸显著减小。

磁致伸缩效应
磁场诱导晶格应变降低弹性模量至219.05 GPa，同时提升硬度，H/E（0.049）和H³/E²（0.026 GPa）比值提高，表明抗裂纹萌生能力增强。

耐磨性提升
6 mT磁场下摩擦系数降低25.40%，磨损轨迹宽度减少41.83%，热应力下降19.63%，归因于电磁制动效应抑制熔池对流及热电磁流体效应促进枝晶破碎。

结论与意义
该研究首次整合磁致伸缩与激光熔覆技术，实现晶粒细化、应力释放和机械强化的协同效应，为工业部件寿命延长提供了新思路。作者Indranil Mandal强调，通过调控H/E和H³/E²比值，可针对性优化材料耐磨性能，推动表面工程在航空航天等领域的应用。