针对单道激光熔覆,利用数值模拟技术得到了激光熔覆过程的温度场;在Q235钢表面制备了Ni基激光熔覆层,基于材料相变理论分析了熔覆层不同深度位置微观组织的形成机理,并研究了添加CeO₂、TiO₂纳米颗粒对熔覆层组织的影响。结果表明:在激光熔覆过程中,在激光辐照和热传导的共同作用下,熔覆层和基体不同深度区域因温度变化的差异而发生不同类型的相变,从而得到不同的微观组织;在熔覆粉末中添加CeO₂、TiO₂纳米颗粒,可以通过影响材料的相变过程而改变熔覆层的化学组成和微观结构,提高形核率,得到组织均匀细小的熔覆层。

通过同步送粉方式在Q235钢基材表面制备了添加不同质量分数纳米TiO₂和CeO₂的Ni基激光熔覆层,分析了熔覆层的表面形貌、显微组织和物相组成,并测定了熔覆层的硬度和耐腐蚀性。结果表明,在Ni基合金粉末中同时加入TiO₂和CeO₂,可以充分发挥二者的性能,得到组织均匀细密、无裂纹、耐腐蚀性较高的熔覆层,也可改善Ni基激光熔覆层的组织结构并提高其性能。

采用同轴送粉激光熔覆技术,在45钢表面制备了Ni基合金熔覆层。通过断口分析推断裂纹类型和断裂方式,并结合能谱分析研究了裂纹的萌生和扩展机理。同时,研究了激光熔覆主要工艺参数对开裂敏感性的影响。结果表明,激光熔覆Ni基合金的裂纹断面特征为准解理断裂,属于脆性断裂;熔覆层中的热残余应力导致裂纹在界面处萌生并向涂层表面扩展,硼化物、碳化物等硬质相不良分布以及脆性共晶组织提高了开裂敏感性;工艺参数对熔覆层的开裂敏感性具有较大影响。最终提出了激光熔覆Ni基合金涂层裂纹控制的基本策略。

为了分析预置粉末Ni基合金熔覆过程的温度场和熔池的结晶变化规律，采用有限元方法建立了激光熔覆Ni基合金粉末过程的3维模型，考虑温度变化对热物理参量的影响以及表面对流换热和辐射散热等影响因素，使用SYSWELD软件对激光熔覆过程中的温度场和凝固结晶过程进行了分析及验证。结果表明，最高温度位于光斑中心处，等温线近似椭圆形，并且向外逐渐减小；熔覆层上某点热循环峰值温度随着热源的远离而明显降低，且热循环起始由第1道次的室温增大到最后道次的730℃；形状因子有结合界面处的1.9×109℃·s·mm-2降到熔覆层表面处的0.7×109℃·s·mm-2，同时，二次枝晶的间距在结合面处最大，表面处达到最小值，与相同工艺参量下的金相组织和凝固结晶理论完全吻合。该研究结果为激光熔覆过程的优化提供了指导意义。

采用Ni基合金钎料,在Ar气保护条件下,对金刚石磨粒进行了激光钎焊试验研究。采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)分析金刚石磨粒与Ni基钎料结合界面的组织结构与物相组成,并探讨了钎料与金刚石界面处碳化物的形成机理。测试结果表明,激光钎焊过程中在金刚石表面附近形成的富Cr层与金刚石表面的C元素反应生成碳化物Cr3C2,通过反应热力学与动力学分析显示界面反应产物可以依靠置换反应形成,使金刚石磨粒与钎料实现了牢固结合。

利用5kW CO2连续波激光器在16Mn钢基材表面对含20%(体积比)SiC陶瓷粉末的镍基自熔性合金粉末进行激光熔覆得到Ni基SiC合金涂层(NiSiC).研究了合金涂层的组织形貌及相结构,并用单纯的镍基合金涂层(Ni60)进行了显微硬度及滑动磨损性能的对比试验.结果表明,NiSiC合金涂层由γ枝晶及其间的共晶组织组成,主要组成相为γ-Ni,γ-(Ni,Fe)固溶体和(Cr,Fe)7C3,Cr23C6及(Cr,Si)3Ni3Si等化合物.添加SiC的镍基合金涂层NiSiC比单纯的镍基合金涂层Ni60具有较高的硬度和耐磨性.

激光熔覆镍基合金和陶瓷硬质相(WC)复合涂层过程中存在的问题是容易形成缺陷和开裂。通过调整WC的比例和分布,合理的工艺参数,增设韧性良好的过渡层,并加入微量混合稀土氧化物,对发生马氏体相变硬化的热影响区进行激光回火处理等,以获得无裂纹缺陷,金相组织均匀,并具有硬度平滑过渡的优质熔覆层。

应用2 kW-OO 激光器在45#铜板上进行NiCrBSi合盘的激光涂复处理．使用透射电镜和X射线衍射进行分桁的结果表明整个激光区的相组成是相同的,而在熔化区与基体交界的过渡层的相组成则与熔化区的有所不同.

采用脉冲激光对纯Ni基合金进行快速熔凝处理.研究结果表明,在纯Ni熔凝区内,获得外延生长的晶粒组织;在Ni基合金熔凝区内,形成了细化的枝晶组织及外延生长晶界.而且,在纯Ni和Ni基合金的熔凝区内都生成高密度的位错和亚晶粒.