Fe基合金雷射熔覆工藝參數優化及其性能研究
雷射熔覆技術是指将特定的納米級材料粉末用同步送粉或者預置送粉，再利用高能量密度雷射集束在基材表面。
使其納米級的粉末和基材表面同時熔化并迅速冷卻凝固，進而形成與基體結合強度高、缺陷少的表面塗層的工藝方法。
再通過調整工藝參數或者材料配比，生産得到具有良好的耐磨性能、優良的耐蝕性能以及抗高溫氧化等性能的塗層，可進一步非常容易達到對材料的特定性能的要求。
利用IPG6000W雷射熔覆裝置于基材尺寸為準50mm2×15mm的45鋼放置在設定的位置，最後調試好機器并開始實驗。
經過前期試驗結果發現，雷射功率大多都在2000W左右，是以本研究将光斑直徑為準5mm、搭接1.5mm，送粉量1mm設定好，再對雷射功率和掃描速度這兩個工藝參數方面進行探究。
使用線切割切取準25mm×15mm的耐摩擦試樣，使用XRD檢測塗層的物像組成，型号為普析通用XD-3。
切取5mm×5mm×10mm的小樣塊來制備金相，依次用240目、600目、1200目、2000目砂紙打磨至光滑，最後抛光。
使用4%硝酸酒精溶液進行浸蝕15s，再使用金相顯微鏡觀察金相試樣的顯微組織結構。使用顯微硬度儀，型号為HV-1000Z，用随機5點法對塗層測試硬度。
将摩擦試樣用240目砂紙打磨至光滑，使用球盤摩擦，30N載荷，500r/min轉速，試驗時間為1800s，摩擦直徑為準6mm。
為進一步探究修複熱軋軋輥後的塗層性能，對每個樣表面進行着色探傷，如探傷結果（下圖）可看出，這幾個試樣都是沒有裂紋和氣孔等缺陷。
雷射熔覆技術目前一大困境就是産生裂紋，而Fe基合金的成型形貌都不錯。
探傷結果表明：在這些工藝參數下制備的塗層都沒有裂紋和氣孔，這表明已經達到修複軋輥應用标準的第一步。
從金相顯微圖可以看出，塗層的主要區域是塗層熔覆區，塗層與基材過渡區為結合區，雷射熔覆的熱能不僅對塗層材料作用，基材也受到熱量積累影響進而發生一些反應，這塊區域是熱影響區。
這些試樣塗層微觀組織主要為緻密的晶粒結構，還可以明顯看出，有大量的枝晶組織和共晶組織存在。
在結合區由于熱量積累比較多，晶體得到相較于熔覆區更多的生長，是以存在一些較為粗大的柱狀晶體組織。
而在熔覆層最上層由于受到的熱量最少，晶體生長時間最短，是以晶粒最細。同樣能看出來，2000W功率和10mm/s掃描速度的樣品有着最為緻密的晶粒結構。
随着雷射功率的增大，Fe基金屬雷射熔覆塗層的硬度也随着增大，而掃描速度的改變對塗層的硬度影響不大，硬度突變可能是因為速度過快而導緻雷射沒有及時融化Fe基金屬粉末。
每個樣品的表面塗層硬度分布比較均勻，而且每種不同的工藝參數下的Fe基金屬雷射熔覆塗層的硬度都比普通的45鋼的硬度要高，這也側面證明了雷射熔覆技術的優越性。
從樣品與磨損率的曲線圖可看到，塗層磨損率主要在10-5數量級。
Fe基金屬材料中有着Cr、Ni增強材料耐摩擦性能的元素，而其中C和Cr結合的Cr7C3以及Fe與Ni結合的（Fe，Ni），二者都明顯提高了塗層的硬度和耐摩擦性。
從結果可看出，試樣磨損形式屬于磨粒磨損和黏着磨損，磨痕形貌都是輕微剝落和比較淺的溝壑，基本沒有裂紋。這說明其有良好的耐摩擦性能。
利用雷射熔覆技術在不同工藝參數下，制備了Fe基金屬粉末塗層，塗層均勻緻密無缺陷。
物相基本以（Fe，Ni）為主，熔覆層由熔覆層、結合區和熱影響區組成。由于雷射熔覆光斑小，與工件接觸面小，熱影響小，晶粒未能完成生長，塗層組織主要為共晶組織和枝晶組織。
由于雷射熔覆塗層力學性能優良是因為其擁有的緻密晶粒結構，如果掃描功率過高或者掃描速度過慢就會導緻熱積累過高，導緻晶粒生長為粗大晶體結構。
反之則會有性能不達标、生産效率低，材料浪費等情況出現。是以綜合硬度、磨損率等參數來看，工藝參數2000W雷射功率和10mm/s掃描速度制備的Fe基金屬雷射熔覆層的性能最優。
