近年来,由难熔性材料制备成的保护涂层越来越多的是通过优点较多的超音速等离子喷涂(SAPS)方式来制备的,例如金属基耐磨耐蚀、热障陶瓷涂层等,但是发现由于涂层形成过程受工艺及参数限制,涂层中仍然存在着组织缺陷、内聚力低及结合强度不足的问题,这不但使得喷涂层的应用场合受限而且也缩短其使用寿命。因此,研究者们试图采用不同的制备工艺或者添加不同尺寸硬质相、稀土、自润滑相等方式来解决上述问题。在合金研究过程中,定向晶因其很大程度上改善了材料的纵向力学性能和物理性能,所以一直备受研究者和生产者的关注。因此,本文试图将SAPS、高频感应重熔技术、定向强制冷却三种工艺进行复合,在原始成分不变的条件下,通过在冶金结合的涂层中制备出致密的定向组织结构,来使得保护层的使用及工艺性能得到改良,尤其是摩擦和磨损特性。本文通过SAPS方式,使得Ni60涂层被预制在45#钢基材上,然后利用定向冷却装置在不同流量冷却水的作用下,对涂层进行感应处理+定向强制冷却。通过金相显微镜、SEM(EDS)、XRD、EPMA、宏观洛氏硬度和微观硬度测试仪器、万能摩擦磨损实验机等手段探究和测试了不同流量冷却水对感应重熔涂层组织和相演变、元素分布、使用及工艺性能的影响。利用Origin 7.5、Jade 6.5、Image-pro plus 6.0等相关软件分析了涂层的物相种类及孔隙率等。根据涂层的组织结构、物相、元素分布的演变分析结果,可以得出:随着冷却水流量的不断增大,涂层的组织结构发生了极大改变,涂层与基材之间均形成了一条明显冶金结合带。当冷却水流量为20、80、120L/h时,定向的柱晶出现在涂层中,其中当流量为80L/h时,涂层中形成的柱状晶结构比较致密细小,并且该涂层表面“十”字形的柱状晶中心对称性最好,并且柱晶偏离[001]方向的角度θ值最小,仅在0°~8°之间,而且沿((200)晶面)取向程度最高,即该冷却条件下,涂层中形成的定向组织相对比较良好;喷涂涂层的物相主要为γ-Ni、Fe Ni3、Ni2.9Cr0.7Fe0.36、Cr23C6、Cr2B、Fe3B,感应重熔后出现新相γ-(Fe,Ni)替代Fe Ni3相,其余相基本不变,感应重熔强制冷却涂层物相为γ-Ni、γ-(Fe,Ni)、Ni2.9Cr0.7Fe0.36、Cr C、Cr B等;元素分布表明初始柱状晶处主要富集Ni、Fe元素,而晶粒之间主要富集着的大量硬质相构成元素,强化了柱晶,对耐磨性有利。涂层性能研究结果表明:喷涂组织涂层截面显微硬度沿45#钢涂层方向,先增大后减小,而高频感应重熔组织涂层和定向组织结构涂层的显微硬度却小幅增加,并且二者的截面微观及表面宏观硬度均低于预制Ni60涂层;感应重熔后预制涂层的孔隙率从2.45%降低为0.59%,而定向组织结构涂层的孔隙率最小为0.23%;室温干摩擦条件下,随着载荷的增加,三种不同组织结构涂层与1Cr18Ni9Ti对磨的过程中,定向组织结构涂层的磨损量及磨损率均最低,表明其耐磨性优于其他两种涂层,并且和喷涂涂层摩擦系数相比,其摩擦系数有小幅增加,即阻摩特性有所增加。除此之外,喷涂涂层的主要磨损方式为疲劳剥落+粘着涂抹,感应重熔涂层的主要磨损方式为粘着涂抹+轻微剥落,定向组织结构涂层主要以粘着涂抹为主。