磁场辅助激光熔覆SDSS 2507/SS 420复合涂层的多目标优化与性能调控研究

针对激光熔覆层高硬度与低热应力难以协同优化的难题，研究人员创新性地采用磁场辅助激光定向能量沉积（L-DED）技术，通过MOBO、MODA等四种多目标算法优化SDSS 2507在SS 420基体上的工艺参数。研究证实3 mT磁场可细化晶粒（微硬度达432.25 HV0.05），降低稀释率至0.49，为模具表面工程提供新方案。

　　

在工业制造领域，模具的耐久性始终是制约生产效率的关键因素。以SS 420（马氏体不锈钢）制成的注塑模具，长期承受热循环和机械磨损，容易出现裂纹和尺寸偏差。传统激光熔覆技术虽能提升表面硬度，但热应力集中和晶粒粗化问题尚未解决。更棘手的是，工艺参数（如激光功率LP、扫描速度LSS）与涂层性能间的非线性关系，使得优化过程如同"盲人摸象"。

为此，国内某研究机构（根据致谢部分推断受国家重工业部及科技部资助）的Indranil Mandal团队在《Optics 》发表创新研究。他们首次将3 mT稳态磁场（MF）引入SDSS 2507（超级双相不锈钢）激光熔覆过程，通过磁流体动力学（MHD）效应调控熔池凝固行为。研究采用MOBO等四种前沿多目标算法，建立LP-LSS-MF强度与微硬度/稀释率的预测模型，最终获得最佳参数组合（973 W, 400 mm/min, 3 mT）。

关键技术包括：1）NdFeB磁铁构建均匀磁场环境；2）XRD/EDS分析相组成；3）基于Pareto前沿的算法性能评估（GD/IGD指标）；4）多准则决策（MCDM）筛选最优解。

【结果发现】
• 磁场效应：3 mT MF使晶粒尺寸减小40%，形成等轴晶，微硬度提升7.95 HV_0.05，热应力降低23%（磁致伸缩效应抑制枝晶生长）。
• 算法对比：MOBO在超体积指标（HV）上最优，其预测误差仅0.59%（微硬度）和4.08%（稀释率）。
• 性能验证：优化参数下涂层呈现γ/α双相结构，Cr₂₃C₆碳化物弥散分布，磨损寿命延长3倍。

该研究突破传统"试错法"局限，首次阐明磁场-参数-性能的耦合机制。实际应用中，该方法可使模具维修成本降低60%，为航空航天、石油化工等领域的表面再制造提供普适性方案。特别是磁控凝固技术，未来可拓展至钛合金等难加工材料的增材制造。