脉冲激光熔覆工艺优化以提高（Ti, V）C/Ni涂层耐磨性

《Metals》：Optimization of the Pulsed Laser Cladding Process to Improve the Wear Resistance of (Ti, V)C/Ni Coatings

　　

摘要

镍基复合涂层的连续激光熔覆通常存在微观组织粗大、残余应力高、开裂倾向严重以及耐磨性能有限等问题。尽管基板预热是一种有效的裂纹抑制策略，但它不可避免地导致微观组织粗化并恶化机械和摩擦学性能，而脉冲激光调制和预热对 (Ti, V)C/Ni 涂层性能的独立及耦合影响仍未得到充分的量化和阐明。为解决这些技术空白，本研究通过脉冲激光熔覆在 Cr12MoV 模具钢上制备了 (Ti, V)C/Ni 复合涂层。采用 L₁₆ 正交实验系统地研究了平均功率、占空比和脉冲频率对涂层硬度的影响，确定的最佳脉冲激光参数为平均功率 1750 W、占空比 65% 和脉冲频率 10 Hz。在优化参数下，脉冲激光熔覆涂层实现了 898.6 HV_0.2 的最大硬度，与其连续激光熔覆涂层相比，硬度高出 10.2%，耐磨性提高 41.4%，这归因于快速脉冲热循环引起的微观组织细化及增强的晶粒强化效应。进一步的对比实验表明，基板预热结合脉冲激光熔覆通过缓解集中热应变，有效地消除了涂层裂纹并降低了残余应力。然而，与纯脉冲激光处理的涂层相比，预热引起的微观组织粗化略微降低了复合涂层的硬度和耐磨性。总之，纯脉冲激光处理主导了耐磨性的提升，而预热主要有助于缺陷抑制和应力释放，从而使激光熔覆涂层能够实现可靠的工程应用。