激光熔覆是一种先进的表面改性技术, 具有对基体材料热影响区作用小、组织细密和基体的变形程度小等特点, 被广泛应用于再制造领域。稀土元素能够改善镍基合金涂层组织, 使熔覆层晶粒细小, 同时净化晶界。总结稀土氧化物在激光熔覆镍基合金涂层研究中的进展, 概述稀土氧化物的种类和性质, 结合稀土氧化物的作用机制研究其对镍基合金涂层的晶粒尺寸、稀释率、裂纹的影响, 分析涂层硬度、耐磨性、耐蚀性、抗氧化性等性能, 同时讨论其对涂层中硬质相的影响。最后对目前阶段稀土氧化物对激光熔覆镍基合金涂层研究中存在的问题和未来的发展方向进行了展望。

通过机械混粉的方式在常规GH4169合金粉末中加入一定比例的Al粉末(质量分数分别为0、0.50%和0.85%)，通过激光沉积制造技术进行块体材料的制备，研究Al元素含量变化对GH4169合金沉积态及热处理态试样微观组织的影响，并对不同成分合金的高温组织稳定性进行深入分析。结果表明：激光沉积制造不同Al含量GH4169合金沉积态试样的显微组织均表现为外延生长的柱状晶特征，随着Al含量的增加，Laves相与枝晶间区域的元素偏析程度降低，合金的二次枝晶形貌逐渐发达。差式扫描热结果显示：随着Al含量的增加，NbC碳化物和γ基体的熔点降低；经固溶＋时效热处理[980 ℃/1 h，空冷(AC), 720 ℃/8 h，炉冷(降温速率为50 ℃/h)至620 ℃/8 h，AC]后，Laves相大量溶解，针状δ相析出，且随着Al含量的增加，δ相发生碎化；不同成分合金经680 ℃/100 h高温时效热处理后，δ相数量随着Al元素含量的增加先减少再增加，GH4169＋0.5Al合金的δ相数量最少，组织的热稳定性最好。

为了解决不锈钢冷轧辊表层经常出现的疲劳剥落或磨损, 提升不锈钢冷轧辊表层硬度及耐磨性, 在大量实验基础上研究了工艺参数对不锈钢冷轧辊表面激光熔覆层力学性能的影响。采用激光熔覆正交实验对304不锈钢表面进行熔覆, 重点研究了激光功率、扫描速度、送粉速度和搭接率对熔覆层的影响, 取得了304不锈钢表层搭接理想熔覆层的工艺参数, 并对熔覆层的硬度和耐磨性能进行检测。结果表明, 激光功率为1 300 W、扫描速度为11 mm/s、送粉速度为1.4 r/min、搭接率为30%时熔覆层最高硬度高出基材硬度约500.00 HV0.2, 摩擦磨损实验表明熔覆层耐磨性能明显提高, 磨损104次熔覆层失重率仅为0.016 5%。激光熔覆技术在一定范围内可以大幅度提升基材的硬度及耐磨性能, 此实验结果可以为修复不锈钢冷轧辊提供工艺参考。

用同步送粉的方式进行青铜母材表面激光熔覆625和1 025-40两种镍基合金粉末的试验。分别用不同激光熔覆参数和不同熔覆材料进行熔覆试验, 通过对熔覆层形貌、裂纹、显微组织、硬度的测试, 评价青铜表面不同熔覆材料和不同激光工艺参数对熔覆层性能的影响。通过熔覆层组织、硬度的测试和渗透探伤, 得到不同激光工艺参数和熔覆材料系对熔覆层组织性能的影响效果, 并对不同激光熔覆工艺参数下熔覆层的宏观和微观质量进行对比分析。获得了青铜母材表面激光熔覆625最佳激光熔覆工艺参数, 即在激光功率为2 000W, 光斑直径为38 mm, 扫描速度为550 mm/s的工艺条件下, 得到的熔覆层表面平整, 组织均匀, 显微硬度高, 稀释率小, 与母材实现良好的冶金结合。

为了提高矿用截齿的性能和延长截齿的寿命, 实现截齿的激光熔覆批量加工。实验室搭建了用于批量激光熔覆截齿的硬件实验平台, 设计了激光熔覆工艺流程, 方案中采用半导体激光器在42CrMo基材上制备了高硬度, 高耐磨性的镍基WC合金熔覆层, 进行了该熔覆层的硬度、摩擦系数和厚度系列实验, 进一步分析了硬度曲线图产生波动等的原因。实验结果可知, 该实验设备和激光熔覆工艺适合于批量激光熔覆截齿, 该熔覆层的硬度平均值可达691.96 HV0.3, 与基体硬度相比提高了2.93倍。熔覆层的摩擦系数在0.35左右, 远低于基体摩擦系数0.55, 熔覆层厚度达到2 289.31 μm。基于镍基合金的激光熔覆设备及工艺, 可用于矿用截齿的激光熔覆修复与强化, 有效提升截齿的综合性能, 降低企业的成本。

采用YLS-10000光纤激光器和ERNiMo-8焊丝，对液化天然气船液罐用9Ni钢进行了超窄间隙激光焊接，研究了接头组织和性能。结果表明，优化焊接参数可以得到侧壁熔合良好的超窄间隙接头。焊缝组织主要为奥氏体，两侧结晶形态为柱状晶，中心为等轴晶。热影响区分为明显的粗晶区和细晶区，组织均为马氏体和少量残余奥氏体，硬度均值约为340 HV，远高于母材均值(230 HV)和焊缝均值(200 HV)。拉伸试样均断于焊缝，接头抗拉强度略低于母材的。随着与焊缝中心距离的增大，接头的低温冲击功增大，且均值都在70 J以上。断口形貌均为细小的韧窝，接头为韧性断裂。