作者；张毅
激光熔覆技术是金属材料表面处理的一个研究方向，它是利用高能激光束在金属表面辐照，通过材料的迅速熔化、扩展和凝固，在基材表面生成一层具有晶粒细小，组织致密的复合涂层。45号钢激光表面改性一般采用热喷涂粉末，在很大程度上满足了各类工程需要，提高了钢材的使用性能，并且拓宽了45号钢的应用领域。但是，激光表面处理过程中受到了强烈的热效应影响，会对基体材料产生激光淬火处理，继而引起45号钢基体产生马氏体相变，而马氏体的相变过程是体积膨胀过程，容易在熔覆层与基体材料之间造成开裂。基于45号钢使用过程存在的工程问题，设计了含有耐蚀元素Mo、Ni的激光熔覆粉末，采用激光熔覆技术对45号钢进行处理，并分析了其组织与性能，为工程应用提供参考。
1 熔覆粉末
熔覆粉末包括B、C、Cr、Ni、Mo、Y2 03等单质和化合物。首先保证熔覆层为单相的体心立方结构，组织中不存在不同相之间的电位差，熔覆层才能具有良好的耐腐蚀性能。Cr作为主要的合金元素，能够促进体心立方结构的形成，在大气中形成Cr203钝化膜，阻止基体材料发生腐蚀。Ni可以提高熔覆粉末的润湿性，使基体与熔覆层结合良好。Mo的原子半径大于Fe的原子半径，溶入Fe基体后，可以产生固溶强化效应。此外，在高C1-环境中Mo可以强化元素Cr的钝化膜。C可以提高熔覆层的硬度，B可以提高熔覆层的造渣能力。Y2O3能够强烈的细化晶粒，继而提高熔覆层的力学性能。
2 试验材料及试验方法
2.1试验材料
试验基体材料为45号钢，用线切割制成100 mm×30 mm×20 mm的试片，用400号金相砂纸打磨，用丙酮清洗后备用。合金粉末配比（质量分数）为：o．5%的B、0.2%的C、24%的Cr、5%的Ni、5%的Mo、0.1%的Y2 03，余量为Fe。
2.2试验方法
激光熔覆采用TJ-HL-T5000型C02激光器，焦距为300 mm，功率为3.5 kW，光斑直径为3 mm，扫描速度为3 mm／s，预置粉末厚度为1.5 mm，熔覆层厚度约为0.6 mm。
用GX51型金相显微镜观察显微组织。用D2 X射线衍射仪进行物相分析。采用TECNAI G20-STWIN透射电镜确定相成分，试样用体积分数为85%的无水乙醇和15%的高氯酸混合溶液在-40℃的温度下用标准双喷减薄仪进行减薄。在不同温度下模拟海水（3.5%的N a C l溶液），用三电极电化学工作站进行试样的耐腐蚀性能测试，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt
电极作为辅助电极。中性盐雾试验采用5%的NaCl溶液，pH值为6.5～7.2，温度为35±2℃，连续喷雾，每周定期观察试板表面状况。中性盐雾试验共进行20天，最终检查试验板表面状态以及点蚀孔数量分布情况。点蚀密度、平均蚀点直径与平均蚀点深度参考ASTMG46进行测试。点蚀密度与平均蚀点直径取面积为1 cm2区域进行统计，磨样机打磨横截面测量蚀点深度，取最大值。
3 结果与分析
3.1 熔覆层组织
熔覆层宏观形貌和金相组织见图1，由图1可以看出，熔覆层比较光滑，表面没有裂纹与孔洞产生，从图1b可以看出，结合区是白亮组织，晶界不甚明显，表明熔覆层与基体材料为冶金结合；在靠近结合区的熔覆层底部为薄的过渡区域，熔覆层大部分区域为树枝晶。熔覆层内部没有发现裂纹与空洞，从基材到熔覆层组织过渡良好，这种组织状况可以防止材料内部产生明显的应力集中。
3.2 XRD物相鉴定
熔覆层物相X射线衍射分析结果见图2，衍射面的晶面指数已经标定出来，依次为(110)、(200)、(211)与(220)，晶面指数满足同奇同偶的原则，符合体心立方结构的衍射特点，确定涂层内基体相为a-Fe（体心立方结构），同时看出，衍射峰的峰型是比较凌锐对称的，且没有第二相的衍射峰出现。峰型状况反映了在熔覆层内部物相晶粒结晶度比较高，合金化元素Cr、Mo、Ni与B均较好地溶入了体心立方铁合金的基体之中。与纯Fe的衍射峰型比较，可以看出熔覆层的衍射面与纯Fe比较均向小角度偏移，由此可以证明，熔覆层虽然保持着单相结构，但是晶格间距被拉伸变大，这主要是固溶的合金元素所致。
3.3 TEM衍射分析
试样在200 kV高压下采用TECNAI G20-STWIN的透射电镜进行透射分析见图3。从图3中看出，晶界是比较光滑的，晶粒内部位错密度较低，并没有第二相析出。结果与XRD试验结果一致，在熔覆层内部材料的基体相是单一的体心立方结构，合金元素几乎全部溶人到Fe基体中。对材料进行选区衍射分析，选择区域呈现出来了各种位错，没有发现明显多余的物相，其衍射斑点为一组体心立方斑点，不存在第二相斑点。选区衍射结果进一步验证涂层保持了单一的体心立方结构。从腐蚀学的理论分析，单一物相，不存在不同物相间腐蚀电位的差别，就不会产生原电池反应，有助于提高材料的耐腐蚀性能，再考虑抗腐蚀元素Ni、Cr、Mo等的添加也会提高涂层的耐腐蚀性能。
3.4耐蚀试验
3. 4.1 电化学测试
3.4.2 中性盐雾试验
熔覆层与OCr17Ni12Mo2不锈钢同时在5.0%的NaCl溶液中通过科迪可程式盐雾试验机进行了盐雾腐蚀试验，试验温度约为35℃，对出现点蚀的时间进行了统计，见表1。可以看出，0Cr17Ni12Mo2在17天出现了点蚀现象，而熔覆层试样在试验20天结束时始终没有出现点蚀。腐蚀形貌见图5，试验中参考ASTMG46测试了点蚀密度、平均蚀点直径与平均蚀点深度。单位面积上蚀点情况见表2。所配置合金材料采用激光熔覆生成的涂层，耐腐程度与oCr17Ni12Mo2不锈钢比较接近。OCr17Ni12Mo2不锈钢试样每cm2上的点蚀孔有200个，平均直径为150μm ，蚀点平均深度为100μm。熔覆层点蚀孔有150个/cm2，平均直径为105 μm，平均深度为69μm。熔覆层耐腐蚀性能略优于OCr17Ni12Mo2不锈钢。
4 结 论
配制了铁基激光熔覆粉末，对45号钢进行了表面改性，采用TJ-HL-T 5000型5 kW的CO2激光器，焦距300 mm，功率为3.5 kW，光斑直径为3 mm，扫描速度为3 mm／s，所得涂层与基体结合良好，熔覆层为单一的BCC(a-Fe)结构。熔覆层具有良好的耐腐蚀性能，室温时模拟海水在3.5%的NaCl溶液中进行电化学测试，自腐蚀电位Ecorr为- 0.109 V，点腐蚀电位E b为1. 000 V，熔覆层耐腐蚀性能与OCr17Ni12Mo2不锈钢的耐腐蚀性能相当。
5 摘要通过配制铁基金属粉末，利用激光熔覆技术，对45号钢进行表面改性。利用XRD.TEM、电化学工作站与盐雾试验研究了熔覆层的组织和耐蚀性能。研究表明，获得的铁基金属粉末适合45号钢改性处理，基体与涂层之间实现了冶金结合，熔覆层为体心立方结构，具有良好的耐蚀性能。
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