激光诱导重熔对放电等离子烧结镍铝化物合金划痕行为的调控机制及性能提升研究

本研究针对火花等离子烧结（SPS）制备的镍铝化物（NiAl）合金因本征脆性和耐磨性不足制约高温应用的问题，创新性地采用激光诱导重熔（LIR）技术，系统探究了激光功率（30-75 W）、扫描速度（1000-2000 mm/s）及处理气氛（空气/氩气）对表面微观结构演变与力学性能的影响。通过Thermo-Calc相图模拟、X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）证实LIR引发Al耗竭导致的NiAl/Ni3Al相平衡重构，3D形貌分析显示重熔表面粗糙度显著降低，划痕测试表明5N/15N载荷下磨损深度减少40%。该研究为航空航天领域高性能镍铝化物表面设计提供了新策略。

　　

镍铝化物（NiAl）合金因其高熔点（1640°C）、低密度（5.86 g/cm³）和优异的高温抗氧化性，被视为替代镍基高温合金的潜力材料。然而，室温脆性和耐磨性差严重限制了其工程应用。传统铸造工艺面临高成本真空环境需求，而粉末冶金虽能规避此问题，但SPS烧结后材料表面性能仍需优化。针对这一瓶颈，科贾埃利大学的研究团队在《Materials Chemistry and Physics》发表论文，首次系统研究了激光诱导重熔（LIR）在空气/氩气双气氛中对SPS-NiAl合金表面性能的调控机制。

研究采用Thermo-Calc软件模拟Ni-Al相图，结合XRD、SEM-EDS分析相组成与元素分布，通过3D轮廓仪和划痕测试评价表面形貌与耐磨性。关键发现包括：1）LIR引发Al元素选择性挥发导致Ni₃Al相比例上升；2）氩气保护下50W/1000 mm/s参数组合可获得最优表面致密度；3）重熔区显微硬度提升与β-NiAl相纳米晶化相关。这些结果为开发耐磨损镍铝化物涂层提供了理论依据。

Computational method
通过TCNI12数据库计算Ni-Al二元相图，预测15wt%Al成分合金的凝固路径为L→β-NiAl→γ'-Ni₃Al共晶反应，Scheil模型证实快速冷却会抑制γ'相析出。

Thermodynamic modeling and microstructural characterization
XRD显示原始SPS样品以β-NiAl为主相，LIR处理后出现γ'相衍射峰；SEM观察到重熔区晶粒尺寸从20μm细化至1-3μm，EDS证实Al含量下降5-8at%。

Conclusion
研究表明LIR通过改变相组成和晶粒细化可显著提升NiAl合金耐磨性，其中氩气环境下中等功率（50W）处理效果最佳。该技术为航空航天发动机高温部件表面强化提供了新思路。

重要意义
1）首次揭示气氛控制对LIR处理NiAl相变的关键影响；2）建立激光参数-微观结构-耐磨性关联模型；3）突破传统热处理难以兼顾晶粒细化与相调控的技术局限。研究团队特别指出，该方法可扩展至其他金属间化合物表面改性领域。