为了进一步提高模具钢表面的硬度和耐磨性能, 以Cr12MoV作为基体材料, 利用2 kW半导体激光器, 以同轴送粉的方式在其表面上熔覆高硬度的Fe基合金粉末。通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜分析熔覆层的组织形貌和物相; 用显微硬度计测试熔覆层的显微硬度, 用磨损试验机进行耐磨试验。进而研究激光功率、扫描速度和送粉量等工艺参数对熔覆层组织性能的影响, 确定了最优化工艺参数。实验结果表明, 使熔覆层的硬度和耐磨性较优良的工艺参数为: 激光功率为1.2 kW, 扫描速度为720 mm/s, 送粉量为8.5 g/min。在此工艺参数下, 熔覆层无裂纹、气孔、夹渣等缺陷, 且显微硬度和耐磨性能得到显著提高, 最高硬度达921 HV0.2, 熔覆层的磨损失重仅为基体材料的25%, 明显高于基体的硬度和耐磨性, 这归因于熔覆层中存在V4C3、Cr23C6、Cr7C3等细小树枝晶。

超音速激光沉积是近年发展起来的一种新型表面涂层技术。由于超音速激光沉积技术是在较高的基体温度和偏低的喷涂温度下进行, 相比于其他制备涂层的方法, 具有较多的优势。阐述了超音速激光沉积的原理、特点、工艺参数, 总结了超音速激光沉积的相关研究。

利用CO2激光熔凝NiAl/Al2O3化学复合镀层，研究NiAl金属间化合物的加入对复合镀层的性能影响。借助SEM、XRD、摩擦摩损试验机等对激光强化后的复合镀层的成分、组织、结构以及耐磨性能进行了分析。NiAl金属间化合物的加入明显提高复合镀层的表面平整度，对显微组织的细化也起到了一定的作用。激光熔凝后产生的金属间化合物对提高复合镀层的硬度和耐磨性起到重要的作用。复合镀层硬度提高近3倍，而其耐磨性提高50％左右。

在考虑热传导系数、比热容、热膨胀系数和弹性模量等热物性参数随温度变化的条件下，采用MSC.Marc软件对同步送粉激光熔覆2Cr13粉末的温度场、应力场进行了直接耦合分析，并进一步模拟得到了不同扫描速度下的应力场分布情况。考察工件表面和深度方向两条路径上的应力分布。结果表明，平行于激光扫描方向拉应力值远大于垂直激光扫描方向的拉应力值。由此推测，激光扫描方向上拉应力的存在是造成熔覆层裂纹的主要原因。随着扫描速度的增大，熔覆层表面的VonMises等效应力峰值也随之增大，曲线变得更陡。

在H13钢表面通过纳米复合镀(NCP)的办法预置纳米Al2O3镀层,然后通过高功率连续CO2激光处理预置表面,采用扫描电子显微镜(SEM)观察了镀层处理前后表面及截面形貌,利用X射线能谱(EDS)仪、X射线衍射(XRD)仪对处理前后的镀层进行了元素分析和物相分析,测试了处理前后镀层显微硬度及磨擦系数的变化。结果表明,激光处理后,强化层表面平整光滑,与基体形成冶金结合,成分均匀,组织细密。纳米Al2O3颗粒均匀分布在强化层表面,强化层显微硬度为原镀层的1.5～1.8倍,强化层摩擦系数约为镀层的1/2,基体的1/3。强化层和基体的表面主要以磨粒磨损为主,而纳米复合镀层则是磨粒磨损和黏着磨损综合作用的结果。

本文针对注塑机螺杆目前普遍存在的磨损问题,试验了二组不同配方的激光合金化,分析了处理层的微观组织、XRD、硬度和耐磨性.得出如下结论:W-Co类材料激光合金化层是由W2C、FeO和Co3W3C化合物组成,平均硬度为HV1362,耐磨性能比基体提高80%,螺杆使用寿命延长.该工艺方法可以有效节约材料、提高产品质量和延长使用寿命.

采用灰铁基体材料,在不预热情况下通过增加Ni +Re过渡合金熔覆层,再选用专用高硬度的合金焊丝进行激光送丝堆焊试验;分析堆焊过程物相变化,探索过渡合金对高硬度厚层堆焊裂纹倾向的影响规律,寻找高硬度厚层堆焊情况下防止裂纹产生的工艺方法。堆焊采用自制专用自动送丝机构,用Thermoarl-SCINTAGX'TRAX射线衍射仪和Thermo Noran VANTAGE-ESI能谱分析堆焊层物相组成。

采用灰口铸铁作为基体材料,在不预热情况下通过增加Ni25过渡合金熔覆层,再用Ni45合金进行熔覆实验;由于过渡合金熔覆层中的Ni提高了奥氏体的稳定性,缓解了组织内产生的残余应力,减缓硬度梯度,多次堆焊加热使其热应力在该区域得到缓释,消除裂纹产生.同时又由于Ni45熔覆层中的高Cr使钢的共析成分点左移,同时产生Cr19Fe7Ni11金属化合物,因此提高了修复层的硬度,熔覆层厚度6mm.经修复后的罗茨鼓风机转鼓,加工后能满足机械装配精度及设备厂性能,耐磨性大大提高.

通过采用45#钢基体材料,在不预热情况下增加过渡合金熔覆层,再选用专用的高硬度焊丝进行堆焊实验;由于所加的合金元素改变了激光熔覆层内奥氏体分数,使基体和堆焊层的塑韧性增加,进而抑制了裂纹的产生;同时又由于合金元素能形成碳化物,因此提高了堆焊层的硬度。