激光表面合金化(LSA)作為一種材料表面改性技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。激光表面合金化是利用激光輻照來加熱工件，并使之熔化至所需深度，添加適當?shù)暮辖鹪馗淖兓谋砻娴幕瘜W(xué)成分、組織和性能，利用快速冷卻形成新的非平衡微觀結(jié)構(gòu)，從而提高材料的耐磨損、耐疲勞和耐腐蝕性能。利用激光表面合金化能在一些廉價的母材表面制備出耐磨、耐蝕、耐高溫的合金化層，從而大幅度降低材料成本。近些年來，隨著激光器性能的不斷完善和大功率激光器的開發(fā)，激光表面合金化技術(shù)得到了迅速發(fā)展，特別是在鋼鐵材料方面的應(yīng)用取得很大進展。可進行激光表面合金化的主要鐵基合金有：工業(yè)純鐵、普通碳鋼、合金鋼、工具鋼和鑄鐵等。
一、提高鋼鐵材料的耐磨性
通過添加碳化物、硼化物等硬質(zhì)粒子或C，N，B，W，Ti 及 Cr 等元素，原位生成碳化物、氮化物、硼化物或金屬間化合物可提高基體的硬度和耐磨性。例如，在球墨鑄鐵軋輥表面進行B4C，WC，TiC 及 Cr2C3混合粉末的激光合金化。結(jié)果表明，合金化層中形成了固溶體、馬氏體、殘余奧氏體和大量的碳化物，顯微硬度由基體的500 HV提高到1201 HV，耐磨性達到基體的1.6倍。另外，在球墨鑄鐵表面進行超細TiC 和 Cr2C3混合粉末的激光合金化，合金化層中形成先共晶奧氏體、萊氏體、TiC、Cr7C3和Cr23C6等相，使基體的硬度和耐磨性能顯著提高。另外，很多研究人員也選擇了碳化物硬質(zhì)相加金屬或合金組成的混合粉末進行激光表面合金化來提高基體的耐磨性。例如，在70MnV 軋輥鋼表面進行NiCr-Cr3C2混合粉末的激光合金化，合金化層中形成Cr7C3、Fe3C 等相，耐磨性比基體提高7.8倍左右。又如，在304不銹鋼表面進行WC+Ni+NiCr混合粉末的激光合金化，合金化層中包含了未分解的WC，W2C，M23C6及M6C 等相，硬度達到了1350 VHN，比基材的硬度(220 VHN)提高了5倍多。另有報道，加入稀土氧化物也能提高基體表面的耐磨性。如在40Cr鋼表面進行Mo+Y2O3混合粉末激光合金化，可以提高40Cr鋼的硬度和耐磨性。
二、提高鋼鐵材料的耐蝕性
通過激光處理在碳鋼表面加入Cr，Mo及Ni等元素可提高其耐蝕性。例如，在45鋼表面進行鉻鉬硼合金化，可獲得高耐蝕性的合金復(fù)合涂層，合金化層在鹽酸中的抗腐蝕性能得到顯著提高。又如，把低碳鋼熱浸在熔融的鋁池中，然后對熱浸鋁化低碳鋼進行激光表面合金化處理，生成的抗腐蝕性FeAl和Fe3Al 等相，使低碳鋼的耐蝕性提高了5倍。
三、提高鋼鐵材料的耐高溫和抗疲勞性能
利用激光合金化對基材表面添加Co，Cr及Mo等元素可提高合金化層的耐高溫和抗疲勞性能。例如，用預(yù)涂Cr粉的方法對灰鑄鐵進行激光表面合金化，可以提高灰鑄鐵的抗熱疲勞性。合金化層中的Cr含量隨預(yù)置涂層厚度的增加而增加，其抗熱疲勞性能也隨之得到提高。
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