第15卷 第4期
Zr702 表面激光熔覆 FeCrAl 涂层微观组织及性能研究
摘要：目的优化激光熔覆工艺参数，制备综合性能良好的 FeCrAl 涂层，提高 Zr702 基体的表面性能。方法 通过同轴送粉方式，利用激光熔覆技术在 Zr702 表面制备了 FeCrAl 涂层，采用配备能谱仪（EDS）的 扫描电镜（SEM）、X 射线衍射仪（XRD）、数字显微硬度计、高速往复摩擦试验机及马弗炉研究了不同激光功率（1 300、1 400、1 600、1 800 W）与扫描速度（7、8、9 mm/s）对 FeCrAl 涂层成型质量、显微硬度、耐磨性及抗高温空气氧化性能的影响。结果 从所制备涂层的宏观形貌及微观组织可以观察到，在激光功率为 1 600W、扫描速度为 9 mm/s 时，涂层成型质量最好。显微硬度测试结果表明，随着激光功率和扫描速度的增大，显微硬度呈减小趋势，但涂层显微硬度均高于 Zr702 基体，平均显微硬度约为基体的 2.70~3.78 倍。耐磨性能测试结果表明，涂层的磨损量小于 Zr702 基体，在激光功率为 1 600 W、扫描速度为 7 mm/s 时， 磨损量最低。氧化结果表明，800 ℃氧化时涂层未表现出良好的防护作用，但在 1 000 ℃氧化时，涂层样品皆表现出优于 Zr702 基体的抗高温空气氧化性能。结论 通过调整工艺参数，采用激光熔覆技术在 Zr702 表 面制备 FeCrAl 涂层可改善 Zr702 基体的显微硬度、耐磨性及 1 000 ℃下的抗高温空气氧化性能。
图1 激光熔覆过程示意图
图4 激光功率 1 600 W、扫描速度 9 mm/s 时涂层各区域微观组织
图5 涂层/基体界面处形貌及 EDS 线扫描与面扫描结果
图9 800 ℃空气环境中氧化下样品单位面积增重−时间关系
图10 1 000 ℃空气环境中氧化下样品单位面积增重−时间关系
总结：
1）涂层的成型性与熔覆工艺联系紧密，不适当的工艺参数会导致涂层出现球化现象、裂纹等，在试验所选择的工艺参数中，激光功率为 1 600 W、扫描 速度为 9 mm/s 时，涂层表面平整，无裂纹存在，基体与涂层呈现良好的冶金结合，成型质量较好。
2）显微硬度测试结果表明，单道涂层显微硬度分布呈分阶状态，熔合界面处显微硬度最高，涂层的显微硬度显著高于基体材料，平均显微硬度约为基体 的 2.70~3.78 倍，激光功率为 1 600 W、扫描速度为 7 mm/s 时，涂层平均显微硬度值达到最高，为 652.39HV0.2。
3）摩擦磨损试验结果表明，涂层的耐磨性优于基体。其中，激光功率为 1 600 W、扫描速度为 7 mm/s 时，磨损量最低。
4）氧化结果表明，涂层样品在 800 ℃空气环境中氧化时，没有表现出明显的优于 Zr702 基体的抗高温氧化性能；而在 1 000 ℃空气环境中氧化时，所选试验工艺参数下涂层样品均表现出优于 Zr702 基体的抗高温氧化性能，可对基体起到一定的防护作用。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2023.04.019
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
陈宁杰，李玉新，张静，李日榜，田苗等.Zr702 表面激光熔覆 FeCrAl 涂层微观组织及性能研究[J]. 精密成形工程, 2023, 15(4): 176-185.
Chen Ningjie, LI Yuxin, ZHANG Jing, LI Ribang, TIAN Miao et al. Microstructure and Properties of FeCrAl coating by Laser cladding on Zr702 Surface [J]. Precision Forming Engineering, 2023, 15(4): 176-185.
