摘要：本文综述了激光熔覆WC增强金属基涂层的研究进展，探讨了工艺参数、复合加工技术、数值模拟及第一性原理的应用，揭示了WC对涂层性能的影响机制，并对未来发展方向进行了展望。
导读
本文综述了激光熔覆WC增强金属基涂层的研究进展，探讨了工艺参数、复合加工技术、数值模拟及第一性原理的应用，揭示了WC对涂层性能的影响机制，并对未来发展方向进行了展望。
研究背景介绍
激光熔覆技术作为一种先进的表面改性技术，通过高能量密度的激光束在基体材料表面熔覆涂层，能够显著改善基体表面的耐磨性、耐腐蚀性和硬度等性能。WC（碳化钨）陶瓷粉末因其高硬度、高化学稳定性和良好的抗氧化性，成为理想的增强相，广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。然而，WC在激光熔覆过程中易出现分布不均匀、裂纹等问题，影响涂层质量。因此，优化激光熔覆工艺参数、探索复合加工技术以及深入研究WC对涂层性能的影响机制，对于提升涂层品质具有重要意义。
文章来源及内容
李泽邦等人撰写的《激光熔覆WC增强金属基涂层的研究进展》发表于《特种铸造及有色合金》2024年第44卷第12期。文章综述了WC熔覆层的研究进展，重点介绍了激光熔覆工艺参数及其辅助技术对涂层品质、组织和性能的影响，揭示了WC对高熵合金复合涂层的耐磨性、耐蚀性的影响，同时阐述了WC对熔覆层的强化机制。研究还讨论了数值模拟技术和第一性原理在激光熔覆WC金属基复合粉末过程中的应用，并对未来研究方向提出了展望。该研究由海洋水下设备试验与检测技术国家工程实验室和青岛海洋工程水下设备检测有限公司共同完成。
研究亮点
• 综述了激光熔覆WC增强金属基涂层的最新研究进展，涵盖工艺参数优化、复合加工技术、数值模拟及第一性原理的应用。
• 揭示了WC对高熵合金复合涂层的耐磨性、耐蚀性的影响机制。
• 提出了当前激光熔覆WC增强金属基复合涂层存在的问题，并对未来发展方向进行了展望。
研究方法
研究通过文献综述的方式，系统分析了激光熔覆工艺参数（如扫描速度、光斑直径、送粉速度、激光功率等）对WC增强金属基涂层的影响。同时，探讨了超声振动、磁场、机械振动等复合加工技术对涂层质量的改善作用，并结合数值模拟技术和第一性原理计算，深入研究了WC在激光熔覆过程中的微观结构变化和强化机制。
图文内容
1. 激光熔覆工艺
•工艺参数：激光熔覆工艺参数包括扫描速度、光斑直径、送粉速度、激光功率等。研究表明，这些参数对WC颗粒的分布、涂层的显微组织、硬度和耐磨性有显著影响。优化工艺参数可以有效改善涂层性能。
图1激光熔覆试验设备
1.基材2.保护气3.输送气+粉末4.透镜保护气5.高温计
图2AISI 321钢上激光熔覆WC-12Co粉末的P和F/v关系工艺图
• 复合加工技术：采用超声振动、磁场、机械振动等辅助方式可以显著提高熔覆层质量，细化晶粒、促进气体逸出、均匀熔覆层组成、降低残余应力。
2. WC颗粒对高熵合金熔覆层的影响
• 高熵合金（HEA）：高熵合金具有良好的抗氧化性能、较高的硬度、优越的高温稳定性和优异的耐磨性，是一种很有前途的表面工程材料。
• WC增强高熵合金涂层：WC的加入可以显著提高高熵合金的耐磨性和硬度，同时减少涂层的挥发和氧化过程，减轻空化破坏程度。
3. WC颗粒对金属基熔覆层的影响
• 金属基熔覆层：激光熔覆材料中的自熔性合金粉末主要以Ni基、Fe基和Co基为主。WC作为增强相可以显著提高涂层的硬度和耐磨性。
• 微观结构变化：在激光熔覆过程中，WC颗粒会发生分解，形成新的化合物，影响涂层的微观结构和性能。
图3不同线能量密度下熔覆层微观组织演变示意图
4. 模拟计算技术在激光熔覆的应用
• 数值模拟：有限元仿真技术可以对激光熔覆过程中复杂的理化现象进行模拟分析，优化制造工艺参数，预测熔覆层性能。
• 第一性原理计算：通过第一性原理计算可以深入研究WC在激光熔覆过程中的微观结构变化，为优化涂层性能提供理论支持。
图4WC晶粒形貌演化示意图
主要结论
• 激光熔覆工艺参数对WC增强金属基涂层的品质、组织和性能有显著影响。优化工艺参数可以有效改善涂层的耐磨性、耐蚀性和硬度。
• WC颗粒在激光熔覆过程中易分解，形成新的化合物，影响涂层的微观结构和性能。通过复合加工技术（如超声振动、磁场等）可以进一步提高涂层质量。
• 数值模拟技术和第一性原理计算为研究激光熔覆过程中的微观结构变化提供了有力工具，有助于优化工艺参数和预测涂层性能。
• 高熵合金复合涂层中WC的加入可以显著提高涂层的耐磨性和硬度，但过量的WC可能导致涂层脆性增加。未来研究需要进一步探索WC颗粒在高熵合金中的分布和相互作用机制。
中英文引用格式
• 中文引用格式：李泽邦，曾宇阳，徐猛，等.激光熔覆WC增强金属基涂层的研究进展［J］.特种铸造及有色合金，2024，44（12）：1 697-1 705.
• 英文引用格式：LI Z B，ZENG Y Y，XU M，et al.Progress in laser cladding of tungsten carbide reinforced metal-based coatings［J］.Special Casting&Nonferrous Alloys，2024，44（12）：1 697-1 705.
扩展阅读
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来源：特铸杂志