预热-梯度过渡协同调控下激光熔覆Ni60B涂层的裂纹抑制与微观结构演变

本文创新性地提出预热-梯度过渡层（Ni-doped gradient transition layer）协同调控策略，通过优化基体预热温度（500°C）与过渡层镍含量（40 wt%），成功实现Ni60B涂层（511.8±12.0 HV0.2）无裂纹制备，磨损质量与体积分别降低67.9%和77.2%，为高硬度涂层（LC技术）的工程应用提供突破性解决方案。

　　

Highlight

本研究通过基体预热与镍掺杂梯度过渡层（Ni-doped gradient transition layer）的协同调控，实现了38CrMoAl钢表面Ni60B激光熔覆层（LC）的裂纹抑制与性能优化。

Coating macroscopic morphology and cracking mechanism

图4显示不同预热温度（preheating temperature）和过渡层配置下Ni60B涂层的表面形貌与渗透检测结果。未调控样品出现沿扫描方向的横向裂纹（transverse cracks）和垂直扫描路径的纵向裂纹（long vertical cracks），裂纹扩展方向与熔池凝固应力方向一致。值得注意的是，500°C预热配合40 wt% Ni过渡层的样品展现出完全无裂纹的致密结构。

Conclusion

1. 预热温度升高和过渡层镍含量增加显著降低涂层裂纹敏感性（crack sensitivity），通过降低热应力（thermal stress）和细化晶粒（grain refinement）实现协同调控；

2. 最优参数组合（500°C+40 wt% Ni）制备的Ni60B涂层硬度达511.8±12.0 HV_0.2，较基体提升2.4倍，磨损性能改善超67%；

3. 该混合调控策略（hybrid regulation method）突破了传统单一方法在裂纹抑制与机械性能间的权衡瓶颈。

CRediT authorship contribution statement

作者贡献声明：Bi Weiming负责实验设计与初稿撰写，Sun Qi提供项目资金与监督，Niu Fangyong参与论文润色与评审，其他作者分别负责资源供给与数据验证。

Declaration of competing interest

无利益冲突声明：作者声明不存在可能影响本研究结果的财务或个人关系。

Acknowledgements

致谢：本研究获国家重点研发计划（2023YFB4605900）、国家自然科学基金（52375312）等资助。