超音速激光沉积技术（Supersonic Laser Deposition）是在冷喷涂技术和激光辐照同步加热技术的基础上开发的一种新型涂层制备技术，可实现高强度和高硬度粉末材料的有效沉积，可以有效提高涂层基体的界面结合强度和涂层本身的强度。研究表明，激光辅助加热达到了使用低成本氮气替代氦气制备优质涂层同时降低涂层制备成本、拓宽沉积材料选择范围的目的。超音速激光沉积技术能在提高传统冷喷涂沉积效率的同时保留冷喷涂技术固态沉积的特征。此外，相较于激光熔覆涂层，其具有组织精细、相稳定、稀释少、滑动耐磨性能好等优势。因为金属材料在激光加热下快速熔化凝固，大温度梯度和高冷却速率特性使得涂层发生氧化相变并产生大柱状晶粒，这严重影响涂层的机械性能。因此，本研究对比了使用冷喷涂和超音速激光沉积技术修复带缺口的硬质铝合金试样的疲劳性能，研究了变形晶粒的微观结构、相组成和晶体学特征。最后，讨论了不同工艺对修复试样疲劳极限和断裂行为的影响。
7075铝合金和α-Al2O3颗粒的二次电子SEM显微照片和粒度分布
EBSD反极图和不同工艺下涂层的晶粒大小分布：a、c）冷喷涂涂层；b、d）超音速激光沉积层
不同工艺下试样的核平均取向图和晶界分布图：a、c）冷喷涂涂层；b、d）超音速激光沉积涂层
疲劳断裂分析
1）冷喷涂和超音速激光沉积涂层中均未发现粉末材料的相变。与冷喷涂涂层相比，在超音速激光沉积工艺中引入激光加热增强了7075铝合金颗粒的塑性变形，并提高了涂层质量，包括Al2O3细颗粒的密度和分散性。加入激光辅助同步加热使冷喷涂涂层的孔隙率降低至 0.15%。
2）7075铝合金颗粒在冷喷涂和超音速激光沉积工艺中的严重塑性变形导致了不均匀组织的形成。典型的梯度纳米晶粒（GNG）结构是由尺寸小于0.5 μm的超细晶粒（NG）围绕尺寸为0.5~5 μm的微晶粒（MG）组成。其中局部动态再结晶是这种晶粒细化的主要原因。
3）冷喷涂和超音速激光沉积涂层的平均显微硬度分别为175HV和196HV，修复试样的疲劳极限分别为(75±25) MPa和(135±15) MPa，这归因于修复涂层的内聚和黏合强度增强。冷喷涂修复层呈现脆性断裂行为，而超音速激光沉积修复层呈现韧性断裂行为，且未发现明显裂纹。
李楠, 王强, 牛文娟, 等. 超音速激光沉积硬质铝合金的疲劳性能研究[J]. 表面技术, 2024, 53(13): 55-63.
LI Nan, WANG Qiang, NIU Wenjuan, et al. Fatigue Properties of Hard Al Alloy Fabricated by Supersonic Laser Deposition[J]. Surface Technology, 2024, 53(13): 55-63.
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审核|汪 潇
编辑|邓李旸
