黃海博，孫文磊，黃勇

超高速激光熔覆Fe基非晶合金單道工藝分析

黃海博1，孫文磊1，黃勇2

（1.新疆大學(xué)，烏魯木齊 830046；2.新疆工程學(xué)院，烏魯木齊 830023）

利用超高速激光熔覆工藝制備Fe基非晶合金。利用專用模具制備0.4、0.5、0.6 mm不同厚度預(yù)置涂層，并用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的聚乙烯醇將涂層與基材黏接，在真空環(huán)境下烘干。然后，設(shè)計正交試驗(yàn)分析預(yù)置厚度、激光功率和掃描速度對Fe–Si–B非晶粉末材料單道熔覆寬度的影響，并利用超景深顯微鏡和極差分析法分析工藝參數(shù)對涂層稀釋率的影響次序。最后，對樣件磨拋和腐蝕，借助掃描電子電鏡分析涂層顯微組織。利用超高速激光熔覆制備涂層，單道涂層寬度與激光功率大小呈正相關(guān)關(guān)系。涂層稀釋率變化區(qū)間為8.8%～12.1%，影響涂層稀釋率的工藝次序?yàn)轭A(yù)置厚度>激光功率>掃描速率。所制備的涂層與基材形成良好的冶金結(jié)合，但涂層底部出現(xiàn)了晶化現(xiàn)象，晶粒尺寸分布區(qū)間為0.5～3.5 μm。將工藝因素歸一化考慮，涂層晶粒大小受激光能量密度影響較大。涂層底部凝固速率較低和成分偏析是造成晶化的重要原因，在預(yù)置厚度0.6 mm、激光功率500 W、掃描進(jìn)給量6 000工藝下的晶化程度最小，將激光能量密度控制在10 W/mm3以下，有利于抑制晶化現(xiàn)象。

超高速激光熔覆；鐵基非晶合金；熔覆寬度；稀釋率；顯微組織

激光熔覆是利用高能量激光能量密度將基材表面和粉體材料快速熔化并迅速冷卻凝固，形成冶金結(jié)合，實(shí)現(xiàn)基體材料表面改性的工藝技術(shù)，是綠色制造和再制造技術(shù)中的關(guān)鍵組成，并成功應(yīng)用于石油化工[1]、航空航天[2]和高速列車[3]等重要行業(yè)。但熔覆工作過程中，掃描速率通常小于2 m/min，熔覆面積效率在10～50 cm2/min，效率較低。這是因?yàn)榧す饽芰恐饕性诨谋砻?，以保證熔池存續(xù)一定時間熔化粉體材料，而且，通過工藝優(yōu)化也難以突破熔覆效率低的瓶頸。為了提高熔覆效率，德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（Fraunhofer ILT）和亞琛工業(yè)大學(xué)（RWTH– Aachen）于2017年成功研制了超高速激光熔覆設(shè)備[4]，從結(jié)構(gòu)上改變了激光能量聚焦位置，將粉末與激光在熔池上方1 mm左右匯集，保證激光束大部分能量作用于粉末，使得粉末在進(jìn)入熔池前熔化，只有少部分能量用于基材表面形成微熔池，極大縮短熔池的存續(xù)時間，有效提高了熔覆加工效率；同時，這種改進(jìn)后的激光聚焦方式對于預(yù)置粉末熔覆，也能減少高能激光束對基材的影響，在一定程度上減少涂層成分偏析。

非晶是一種有別于晶體結(jié)構(gòu)的原子排列長程無序、短程有序的亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，在非晶合金內(nèi)部不存在晶體合金中的位錯、晶界等現(xiàn)象。所以，通常具備高強(qiáng)度、高硬度和耐磨耐腐蝕性能。對于非晶合金的制備，高速冷卻速率是必不可少的，常見技術(shù)有單輥快淬[5-6]、熱噴涂[7]、等離子噴涂[8]和激光熔覆[9-10]等方法，但所制備的結(jié)果不盡如人意：單輥快淬法所制備非晶帶材厚度在幾十微米左右，難以形成三維非晶塊體；利用噴涂技術(shù)制備的涂層與基材界面主要是機(jī)械結(jié)合方式，在長時間服役過程中容易出現(xiàn)鼓泡和起皮缺陷；激光熔覆制備效率較低。王彥芳等[11]利用激光熔覆技術(shù)在304L不銹鋼表面制備了鐵基非晶合金，發(fā)現(xiàn)涂層由非晶和枝晶兩種組織構(gòu)成，其中非晶主要分布在涂層中部。龔玉兵等[12]以Fe–Si–B非晶帶材為原料，利用激光熔覆技術(shù)在低碳鋼表面制備非晶涂層，發(fā)現(xiàn)涂層內(nèi)部結(jié)晶相主要為α–Fe、Fe2B和FeSi3，分布在基材結(jié)合處并沿外延方向生長。而超高速激光熔覆工藝基于其特殊的光粉耦合結(jié)構(gòu)，突破了加工效率低的瓶頸，為高效快速制備非晶合金涂層提供了技術(shù)可能。但目前利用超高速激光熔覆技術(shù)制備非晶合金研究較少，相較于Zr基[13]、Co基[14]、Cu基[15]等體系非晶合金，F(xiàn)e基非晶具有價格低廉、摩擦力學(xué)性能優(yōu)異的優(yōu)勢[16]。所以，本文以Fe–Si–B非晶合金粉末為原料，通過預(yù)置鋪粉方式，利用超高速激光熔覆技術(shù)制備單道Fe基非晶涂層，研究激光功率、掃描速率及鋪粉厚度等工藝參數(shù)對涂層宏觀形貌的影響，并對涂層組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)設(shè)備與材料

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

超高速激光熔覆裝備主要由光源系統(tǒng)、運(yùn)動系統(tǒng)、送粉系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和在線/離線編程控制系統(tǒng)組成。光源系統(tǒng)主要包括激光器、激光頭和光纖傳輸線路，其中激光器為西安中科中美公司研發(fā)的2 000 W連續(xù)光纖激光器，激光波長1 080 nm，功率可調(diào)節(jié)范圍為10%～100%。激光頭為氣動式中心送粉結(jié)構(gòu)，減少了熔覆過程中粉末的飛濺，提高了粉末利用率。運(yùn)動系統(tǒng)主要為三坐標(biāo)連續(xù)控制CNC車床，控制激光頭在、、方向的直線運(yùn)動和三爪卡盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，主軸最高轉(zhuǎn)速200 r/min，直線定位精度±0.1 mm。送粉系統(tǒng)主要為沈陽普菲克公司生產(chǎn)的氣動送粉器，可實(shí)現(xiàn)1～10 r/min送粉自動調(diào)節(jié)。氣氛控制系統(tǒng)主要包括吹送粉末至熔覆頭所需的惰性氣體和熔覆過程中的保護(hù)氣，在本套設(shè)備中均使用Ar氣。超高速激光熔覆各組成模塊如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)材料與過程

45鋼廣泛應(yīng)用于齒輪、軸、葉輪等關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)制造，材料具有較高的附加值，所以選用45鋼作為基材進(jìn)行研究，其化學(xué)組成如表1所示。Fe基非晶合金粉末成本低廉、應(yīng)用前景廣闊，所以，選用了Fe–Si–B非晶合金粉末作為本次試驗(yàn)的材料，各元素的組成如表2所示。

粉末的顯微形貌如圖2所示，盡管呈球形顆粒分布，但由于其尺寸在10 μm左右，粉末較為細(xì)小，直接利用送粉器進(jìn)行送粉會出現(xiàn)團(tuán)聚和堵塞現(xiàn)象，無法保證穩(wěn)定的送粉量。所以，采用了預(yù)置涂層的方法進(jìn)行試驗(yàn)，過程如下：

圖1 超高速激光熔覆系統(tǒng)組成裝備

表1 45鋼化學(xué)元素組成

Tab.1 Chemical element composition of 45 steel wt.%

表2 Fe–Si–B非晶合金粉末化學(xué)元素組成

Tab.2 Chemical element composition of Fe-Si-B amorphous alloy powder wt.%

1）取純凈水300 mL進(jìn)行加熱，升溫至80 ℃時加入聚乙烯醇粉末12 g，并不斷攪拌直至完全溶解，制備濃度為4%的聚乙烯醇黏接劑。

2）將冷卻至室溫的黏接劑與粉末混合呈糊狀均勻涂在基材表面，并利用3D打印技術(shù)制備不同深度的專用凹槽（如圖3所示），獲取不同厚度的預(yù)置涂層。

3）將預(yù)置好的基材放在真空加熱設(shè)備中加熱 60 min，烘干后的結(jié)果如圖4所示，可以發(fā)現(xiàn)涂層與基材黏接良好，表面較為平整，可用于高速激光熔覆工藝研究。

圖2 Fe–Si–B非晶合金粉末SEM形貌

圖3 可調(diào)節(jié)預(yù)置涂層厚度裝置

圖4 烘干后的預(yù)置涂層

將熔覆結(jié)果利用線切割技術(shù)將樣品切成長寬高均為8 mm的樣件，然后利用金屬試樣磨拋機(jī)對樣件依次進(jìn)行400#、600#、800#、1000#、1500#的砂紙打磨，最后使用粒度為2.5 μm的金剛石噴霧拋光劑進(jìn)行拋光。將制備好的樣件進(jìn)行腐蝕，腐蝕試劑選用體積比為3∶1的濃鹽酸和濃硝酸混合而成的王水，腐蝕時間為5 s，然后使用無水乙醇對樣件進(jìn)行清洗和干燥處理，并借助掃描電鏡觀察涂層微觀組織。

為了判斷Fe–Si–B合金粉末是否結(jié)晶，利用X射線衍射（XRD）技術(shù)進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖5所示，可以發(fā)現(xiàn)在圖譜中2為40°～50°區(qū)間表現(xiàn)出了較寬的漫散射峰，表明樣品是非晶合金粉末，可用于非晶涂層的制備。

圖5 Fe–Si–B合金粉末XRD圖

2 試驗(yàn)過程與工藝因素分析

2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計

在高速激光熔覆預(yù)置法制備涂層的工藝過程中，預(yù)置厚度、激光功率和掃描速度是影響涂層形貌和質(zhì)量的關(guān)鍵因素。于是，設(shè)計了鋪粉厚度在0.4～0.6 mm，激光功率在400～600 W，掃描進(jìn)給量在6 000～10 000變化下的正交工藝試驗(yàn)，根據(jù)測量，得到掃描進(jìn)給量與掃描速度滿足經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式（1），并分析這些因素對熔覆層形貌的影響，具體熔覆工藝參數(shù)如表3所示，對應(yīng)的熔覆結(jié)果如圖6所示。

表3 高速激光熔覆工藝參數(shù)

Tab.3 Process parameters of high speed laser cladding

圖6 不同工藝下的熔覆形貌

2.2 工藝參數(shù)對單道熔寬和稀釋率的影響

為了進(jìn)一步分析預(yù)置厚度、激光功率和掃描速度對單道涂層的熔寬和稀釋率的影響，利用超景深顯微鏡對涂層形貌進(jìn)行測量（如圖7所示），并得到了不同鋪粉厚度下熔寬和稀釋率的變化趨勢，其中，不同工藝參數(shù)下單道熔寬的變化如圖8所示。

測量結(jié)果表明，本次試驗(yàn)中涂層的寬度在678.63～955.48 μm變化，單道涂層寬度均小于光斑直徑1 000 μm。這是因?yàn)樵谌鄹策^程中，圓形光斑的能量呈高斯分布，隨著遠(yuǎn)離光斑中心，激光能量快速衰減，遠(yuǎn)離中心區(qū)域的粉末不能熔化，無法形成熔池，所以出現(xiàn)了涂層寬度小于光斑直徑的現(xiàn)象。此外，可以發(fā)現(xiàn)，對于相同鋪粉厚度的涂層，單道寬度與激光功率呈正相關(guān)關(guān)系，這是因?yàn)樵诠獍咧睆讲蛔兊那疤嵯?，功率輸入值越大，能量也就越高，能夠熔化粉末的區(qū)域越大，使得單道涂層的寬度變大。

稀釋率是衡量熱影響區(qū)大小的重要方法，稀釋率過大會引起成分偏離粉末名義成分，影響涂層組織結(jié)構(gòu)和性能。稀釋率的計算方法如式（2）所示，式中的參數(shù)和圖7中參數(shù)含義一致，不同工藝參數(shù)下稀釋率的變化如圖9所示。

圖8 不同工藝參數(shù)下的單道熔寬變化

圖9 不同工藝參數(shù)下的稀釋率變化

結(jié)果表明，涂層的稀釋率在8.8%～12.1%區(qū)間內(nèi)變化，相較于常規(guī)激光熔覆的稀釋率[17-19]（10%～50%）有明顯降低，但在圖9中無法直觀判斷影響稀釋率的關(guān)鍵因素，所以，根據(jù)表3中正交試驗(yàn)，利用極差分析方法[20-21]進(jìn)行工藝參數(shù)的顯著性計算。

極差值的大小反映了同一因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響大小，根據(jù)表4中的極差分析，可以看出影響涂層稀釋率的工藝次序?yàn)椋侯A(yù)置厚度>激光功率>掃描速率。這主要是因?yàn)橥繉雍穸鹊脑黾訒沟酶嗟募す馐芰孔饔糜诜勰瑢脑斐傻臒嵊绊憸p少，從而獲取更小的稀釋率。但這并不意味著稀釋率越低越好，稀釋率過小會降低涂層與基材的結(jié)合強(qiáng)度，影響涂層性能，所以，對于預(yù)置涂層的高速熔覆工藝，應(yīng)在保證形成冶金結(jié)合的前提下，增加鋪粉厚度，減小涂層的稀釋率。

表4 正交試驗(yàn)稀釋率分析結(jié)果

Tab.4 Results of dilution ratio of orthogonal test

3 結(jié)果分析與討論

3.1 涂層顯微組織分析

將表3中A組工藝下的涂層進(jìn)行切割制備金相樣件，借助掃描電子顯微鏡（SEM）觀察和分析其微觀形貌和組織結(jié)構(gòu)，得到結(jié)果如圖10所示。

可以發(fā)現(xiàn)涂層內(nèi)部無明顯氣孔和裂紋等缺陷，晶粒尺寸大小均勻。涂層的底部與基材有明顯結(jié)合線，說明涂層與基材形成良好的冶金結(jié)合。但是，涂層底部出現(xiàn)了嚴(yán)重的晶化現(xiàn)象，這主要是由兩個方面引起的：一方面，由于涂層底部成分偏析造成，其偏析機(jī)制主要受兩種因素影響。盡管超高速激光熔覆對基材的熱輸入相較于常規(guī)熔覆方式小，但仍然不可避免地熔化部分基材，所以在涂層與基材形成冶金結(jié)合的凝固過程中，涂層底部與部分熔融基材原子間的互相擴(kuò)散，引起底部涂層元素的稀釋，改變了非晶粉末的元素組成及配比，削弱了非晶合金成形能力[10]。此外，原始粉末元素組成中Si和B元素密度較小，在冶金反應(yīng)過程及熔池的攪動作用下會出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，造成名義成分偏析，影響非晶成形能力；另一方面，盡管超高速激光熔覆與常規(guī)熔覆成形方式有明顯差異，但根據(jù)二者涂層各部分微觀組織對比[22-23]，其成形過程可以根據(jù)經(jīng)典凝固理論進(jìn)行解釋說明。所以這里從溫度梯度與凝固速度在凝固過程中的變化來分析涂層底部非晶晶化現(xiàn)象。在熔池底部凝固速度→0，為晶粒的形核和生長提供了條件，凝固過程以平面晶方式推進(jìn)，但在推進(jìn)過程中熔融區(qū)與周圍環(huán)境對流散熱，溫度梯度逐漸降低，樹枝晶沿?zé)崃鞣聪蛏L所以在涂層底部出現(xiàn)了明顯的晶化現(xiàn)象，而且大都以樹枝晶為主。很多利用激光快速加熱和冷卻的特點(diǎn)在制備非晶過程中也都會發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象，而且這種在涂層底部出現(xiàn)晶化的現(xiàn)象是難以抑制的[24-25]。

在文獻(xiàn)[26-28]中研究發(fā)現(xiàn)：非晶合金斷面在高分辨率的掃描電鏡下會在同一方向出現(xiàn)周期性納米條紋，并指出這種現(xiàn)象是非晶合金特有的結(jié)構(gòu)，而且Fe基非晶合金的納米條紋寬度為40～60 nm，這為Fe基非晶合金的判定和研究提供了重要依據(jù)。在本次試驗(yàn)中涂層的中部和頂部存在一些無明顯特征組織區(qū)域，由于本次熔覆選用的粉末為非晶合金粉末，為了弄清這種無特征組織是否為非晶，對無明顯特征組織區(qū)域進(jìn)行高分辨率掃描電鏡觀測，所得結(jié)果如圖11所示。

圖11表明，在2×105倍率下的掃描電鏡圖像中也出現(xiàn)了周期性的納米條紋，借助Nano Measurer測量，條紋的寬度在50～60 nm范圍變化，這種現(xiàn)象與Fe非晶合金所特有的結(jié)構(gòu)基本相同。所以，可以確定涂層中這種無明顯組織特征區(qū)域應(yīng)是非晶相，同時也證明了超高速激光熔覆工藝制備非晶合金的可行性。

進(jìn)一步分析不同工藝參數(shù)對涂層組織結(jié)構(gòu)的影響，將表3中工藝中所有的熔覆結(jié)果進(jìn)行切割制備金相樣件，并磨拋和腐蝕，借助掃描電鏡觀察涂層中部的表面形貌，得到了圖12的結(jié)果。

在圖12中可以發(fā)現(xiàn)所有涂層組織均不是完全的非晶相，而是由晶相組織和非晶相交錯組成。而且，圖中的晶粒沒有明顯的生長方向，多以雪花狀的樹枝狀枝晶群分布。根據(jù)凝固形核理論，凝固組織的形態(tài)主要受溫度梯度/凝固速度（/）的影響，在涂層底部的界面結(jié)合區(qū)域，較大，較小，同時受熔池成分偏析的作用，給以晶核足夠的孕育和生長的時間，所以出現(xiàn)嚴(yán)重晶化；在向熔池中部和頂部推進(jìn)的凝固過程中，凝固速率逐漸增大，晶粒來不及長大就以細(xì)小枝晶的形式凝固，形成涂層中的枝晶。但是，在凝固過程中受溫度梯度影響，產(chǎn)生表面張力梯度，造成熔池內(nèi)部形成了馬蘭戈尼對流[29]（Marangoni Convection），沖斷晶粒的連續(xù)生長，改變了這些枝晶原本沿垂直于界面的生長方向，從而形成了涂層中尺寸較小，無明顯生長方向的枝晶。至于涂層中無明顯組織特征的非晶區(qū)域，這是主要是因?yàn)樵谶h(yuǎn)離基材的涂層中部和頂部區(qū)域，熔融態(tài)液滴受成分偏析影響小，基本保持了原始粉末非晶成分，在高速熔覆較快的凝固速度下，形成了亞穩(wěn)態(tài)的非晶相。

圖10 表3A組工藝下單道涂層SEM圖

圖11 在2×105倍下無明顯組織特征區(qū)SEM圖

圖12 不同工藝下單道涂層SEM圖

3.2 晶粒分布分析

進(jìn)一步分析，在圖12中SEM形貌中，不同工藝參數(shù)下晶粒尺寸大小各不相同，而且G組和I組工藝下的涂層出現(xiàn)了明顯的氣孔缺陷，這與熔覆過程中掃描速率、鋪粉厚度和掃描功率等工藝參數(shù)相關(guān)。首先利用Nano Measurer軟件對涂層晶粒大小進(jìn)行測量，為了不失一般性，每組工藝下測量20個樣本，結(jié)果如圖13所示。

可以發(fā)現(xiàn)，在A、B、C、D和I組工藝下涂層中的晶粒尺寸基本分布在0.5～3 μm區(qū)間，E、F和H工藝下涂層中晶?；痉植紖^(qū)間為1～6 μm，而在G組工藝參數(shù)下的涂層晶粒尺寸較小，分布區(qū)間在0.5～ 1.5 μm，其中1 μm以下的微小晶粒占比約為80%，同時，在圖12中也可以看出該工藝下涂層中非晶的占比是所有工藝試驗(yàn)中最高的。對于同種材料，加熱和凝固的速率的差異是造成結(jié)果差異的重要因素，而在相同的環(huán)境下，這種差異主要體現(xiàn)在不同加工工藝下粉末和基材捕獲的能量不同，所以，這里用激光能量密度這一綜合參數(shù)來表征工藝參數(shù)對涂層組織的影響，其計算如式（3）所示。

式中：P表示功率；v為掃描速度；d為光斑直徑，在本次試驗(yàn)中d=1 mm；h為鋪粉厚度。進(jìn)而計算不同工藝參數(shù)下的能量密度如圖14所示。

圖14 不同工藝下激光能量密度

在圖14中可以看出，本次熔覆試驗(yàn)過程中激光能量密度變化范圍在5.8～17.4 W/mm3，其中G工藝參數(shù)下的能量密度最小，為5.8 W/mm3，F(xiàn)組工藝參數(shù)下的能量密度最大，為17.4 W/mm3。將圖13中能量密度的分布與圖12中的晶粒尺寸分布對比可以發(fā)現(xiàn)，最小輸入能量密度的G工藝所制備的涂層中的晶粒尺寸和晶化程度也是最小的，激光能量密度在8～10 W/mm3區(qū)間的涂層中晶粒尺寸為0.5～2.5 μm，在1.5 μm以下的細(xì)小晶粒占比約為70%；激光能量密度在10～12 W/mm3區(qū)間涂層中晶粒尺寸為1～3.5 μm，其中3 μm以下的晶粒占比約為80%；激光能量密度在12～15 W/mm3區(qū)間的涂層中晶粒尺寸為0.5～2.5 μm，其中以1～2 μm的晶粒居多，占比約為80%。同時，結(jié)合圖12中的A、B、C、F、H和I工藝下的涂層組織分布可以看出，當(dāng)激光能量密度超過10 W/mm3時，涂層內(nèi)部就會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的晶化。所以控制能量密度在10 W/mm3以下，對于利用超高速熔覆技術(shù)制備非晶涂層是極其重要的。

4 結(jié)論

1）超高速激光熔覆工藝制備單道Fe–Si–B非晶涂層寬度與激光功率呈正相關(guān)關(guān)系，涂層的稀釋率在8.8%～12.1%區(qū)間內(nèi)變化，影響涂層稀釋率的工藝次序?yàn)椋侯A(yù)置厚度>激光功率>掃描速率。

2）超高速激光熔覆工藝所制備的涂層組織均不是完全的非晶相，而是由晶相組織和非晶相交錯組成，且以涂層底部晶化現(xiàn)象居多，這主要由涂層底部凝固速率較低和成分偏析造成的。

3）超高速激光熔覆Fe–Si–B非晶粉末的晶化晶粒尺寸分布區(qū)間為0.5～3.5 μm，與激光能量密度大小相關(guān)性強(qiáng)，為了抑制晶化現(xiàn)象，將激光能量密度控制在10 W/mm3以下是必要的。

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Analysis on the Process of Single Track Fe Based Amorphous Alloy during Ultra High Speed Laser Cladding

1,1,2

(1. Xinjiang University, Urumqi 830046, China; 2. Xinjiang Institute of Engineering, Urumqi 830023, China)

To prepare Fe based amorphous alloys by ultra high speed laser cladding, in this paper, the preset powder coatings with different thickness of 0.4 mm, 0.5 mm and 0.6 mm were prepared by special mold. Next, the coatings were bonded to the substrate with 4% polyvinyl alcohol and dried under the vacuum condition. Then, the orthogonal experiment was designed to analyze the effect of preset thickness, laser power and scanning speed on the single pass cladding width of Fe-Si-B amorphous powder material, also the effect of process parameters on the coating dilution ratio was analyzed by depth of field optical microscope and extremum difference analysis. At last, the microstructure of the coating was analyzed by means of scanning electron microscope (SEM). Results showed that there was a positive correlation between coating width and laser power; the range of coating dilution ratio was 8.8%-12.1%, and the descending order were as follows: preset thickness, laser power and scanning rate. The coating has good metallurgical bonding with the substrate, but there exists crystallization region at the bottom of the coating, which size is 0.5-3.5 μm. Considering the normalization of process factors, the grain size of the coating is greatly affected by the laser energy density, further analysis, the low solidification rate and composition segregation at the bottom of the coating are the important reasons for the crystallization. Compared the result of each process, crystallization degree is the lowest when the preset thickness is 0.6 mm, laser power is 500 W, and scanning feed is 6 000, and it is beneficial to restrain the crystallization when the laser energy density is controlled below 10 W/mm3.

ultra high speed laser cladding; Fe based amorphous alloy; cladding width; dilution ratio; microstructure

V261.8

A

1001-3660(2022)07-0410-10

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.041

2021–08–24；

2021–11–29

2021-08-24；

2021-11-29

自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2020B02014）；自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（2020520002）；新疆工程學(xué)院科研基金項目（2019xgy152112）

Supported by Key Research Projects in the Autonomous Region, Xinjiang (2020B02014); Open Fund for Key Laboratories of the Autonomous Region, Xinjiang (2020520002); Scientific Research Project of Xinjiang Institute of Engineering (2019xgy152112)

黃海博（1989—），男，博士研究生，主要研究方向?yàn)楸砻婕す飧男浴?/p>

HUANG Hai-bo (1989-), Male, Doctoral student, Research focus: surface laser modification.

孫文磊（1962—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)镃AD/CAM和再制造工程

SUN Wen-lei (1962-), Male, Doctor, Professor, Research focus: CAD/CAM and remanufacturing engineering.

黃海博, 孫文磊, 黃勇.超高速激光熔覆Fe基非晶合金單道工藝分析[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(7): 410-419.

HUANG Hai-bo, SUN Wen-lei, HUANG Yong. Analysis on the Process of Single Track Fe Based Amorphous Alloy during Ultra High Speed Laser Cladding[J]. Surface Technology, 2022, 51(7): 410-419.

責(zé)任編輯：萬長清