激光熔覆 WC 增強(qiáng)金屬基涂層的研究進(jìn)展前言 激光熔覆是一種先進(jìn)的表面改性技術(shù)，通過高能量密度激光束在基體材料表面熔覆涂層，以修復(fù)或改善基體表面性能。WC（碳化鎢）陶瓷粉末因其高硬度、高化學(xué)穩(wěn)定性和良好的抗高溫性能，常被用作增強(qiáng)相以提高熔覆層的性能。本文總結(jié)了激光熔覆WC涂層的工藝參數(shù)優(yōu)化、微觀組織與性能的關(guān)系，以及數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用，并對(duì)未來研究方向進(jìn)行了展望。 激光熔覆工藝參數(shù) 激光熔覆工藝參數(shù)包括掃描速度、光斑直徑、送粉速度、激光功率、搭接率、氣體流量和離焦量等。這些參數(shù)對(duì)熔覆層的品質(zhì)（如表面粗糙度、寬度、厚度、力學(xué)性能、缺陷和組織形態(tài)）有顯著影響。研究表明，工藝參數(shù)的改變會(huì)影響WC顆粒的分布，進(jìn)而影響涂層性能。例如，WU P等發(fā)現(xiàn)工藝參數(shù)的改變會(huì)影響WC顆粒的分布，導(dǎo)致涂層性能的變化。WENG F等研究了工藝參數(shù)對(duì)熔覆層組織和性能的影響，結(jié)果表明激光工藝參數(shù)的改變有效地影響了熔覆層的顯微組織、顯微硬度和耐磨性。 【W(wǎng)ENG F， YU H J， CHEN C Z， et al. Effect of process parameters on the microstructure evolution and wear property of the laser cladding coatings on Ti-6Al-4V alloy［J］. Journal of Alloys and Compounds，2017，692：989-996.】 WC顆粒對(duì)高熵合金熔覆層的影響 WC顆粒在金屬基熔覆層中主要起到增強(qiáng)相的作用，可以顯著提高涂層的硬度和耐磨性。研究表明，在激光熔覆過程中，WC顆粒易分解并與基體中的元素反應(yīng)形成新相。例如，ZHOU S F等研究了鐵基WC激光熔覆層的物相變化，發(fā)現(xiàn)WC顆粒在激光熔覆過程中易分解，且顆粒尺寸越小，溶解度越高。在快速凝固過程中，會(huì)析出M12C和M23C6碳化物，同時(shí)部分W和C原子溶解到γ-Fe中，形成過飽和α-Fe固溶體。 模擬計(jì)算技術(shù)在激光熔覆的應(yīng)用 數(shù)值模擬技術(shù)在激光熔覆過程中的應(yīng)用可以有效降低試驗(yàn)成本和時(shí)間。通過有限元仿真技術(shù)，可以對(duì)激光熔覆過程中的溫度場、應(yīng)力場、熔池形貌等進(jìn)行模擬分析。例如，葉寒等采用有限元分析軟件ANSYS模擬了激光熔覆鎳包WC涂層的瞬態(tài)溫度場，通過生死單元法建立涂層的幾何形貌，并在模擬過程中加入工藝參數(shù)、熔覆粉末的熱物性能等影響因素。結(jié)果表明，模擬數(shù)據(jù)與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。此外，第一性原理計(jì)算方法基于量子力學(xué)薛定諤方程，從原子尺度研究熔覆層晶體結(jié)構(gòu)、相變、界面反應(yīng)等。例如，SHU D等通過第一性原理計(jì)算方法研究了WC的生長形貌，發(fā)現(xiàn)WC晶粒的形貌演化由球體到六角形棱柱，再到三角形棱柱。 結(jié)論 WC顆粒增強(qiáng)金屬基涂層在激光熔覆技術(shù)中展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，尤其是在提高涂層硬度、耐磨性和耐腐蝕性方面。然而，WC顆粒在激光熔覆過程中容易出現(xiàn)分布不均勻和過度分解的問題，導(dǎo)致涂層出現(xiàn)裂紋等缺陷。數(shù)值模擬技術(shù)和第一性原理計(jì)算在優(yōu)化激光熔覆工藝參數(shù)和研究微觀結(jié)構(gòu)變化方面具有重要作用。未來的研究應(yīng)進(jìn)一步探索WC顆粒對(duì)高熵合金涂層的影響，提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性，并深入研究激光熔覆過程中的微觀結(jié)構(gòu)演變機(jī)制。 參考文獻(xiàn)： 【激光熔覆 WC 增強(qiáng)金屬基涂層的研究進(jìn)展】 李澤邦 曾宇陽 徐 猛 王軍杰 |
