激光熔覆作为材料表面改性的重要手段之一,也是增材制造技术重要分支。由于熔覆层开裂是阻碍激光熔覆技术推广应用的重要原因,国内外材料工作者投入了大量的精力对其进行研究,并取得了一些研究成果。本文利用机械振动辅助激光熔覆新技术在45钢表面制备铁基合金涂层,通过对复合技术所制备涂层的宏观形貌、凝固显微组织、涂层裂纹、显微硬度的分析,探讨了机械振动作用下激光熔覆铁基合金涂层的凝固机理及其组织演变。以期为Fe基合金表面制备无气孔无裂纹功能复合涂层提供一条新的技术途径,也为扩大激光熔覆表面改性技术在Fe基合金等结构材料的性能优化和进一步工业应用方面提供理论依据。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析了熔覆层的物相组成、微观结构和元素分布,通过HVS-1000型显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度。研究了机械振动辅助激光熔覆铁基合金涂层的凝固显微组织特征。机械振动辅助作用下的熔覆层结合界面处组织由平面晶向带状和柱状晶转变,振幅为0.13-0.18 mm时的晶粒细化效果最为明显。机械振动下的熔覆层中增强相形态随着频率的增加由短杆状向颗粒状、层状、条状转变,分布形态由杂乱分布向弥散分布和网状分布转变。熔覆层中显微组织形态及其分布受振幅和频率协同作用的影响。熔覆层主要由α-(Fe,Cr)固溶体、M7C3(M=Fe,Cr)碳化物、Fe2B硼化物和少量Fe0.9Si0.1组成。加载机械振动后衍射峰变宽,晶粒完整性得到提高,结合金相图可以看出晶粒细化,同时熔覆层气孔基本消失、裂纹减少,开裂倾向降低。机械振动对激光熔覆熔池的力学效应,机械振动对熔体局部会产生脉动流,其带来一个周期性循环作用于二次枝晶的一个力。作用在二次枝晶的合力与振幅A和频率f都有关,振幅A的影响更大。只有当振幅A和频率f相协调,细化晶粒效果最佳。在涂层表面宏观形貌方面,机械振动作用下激光熔覆层的沉积角大于无机械振动的涂层。在相同激光比能和振幅条件下,频率200 Hz比频率100 Hz的沉积角大,且在振幅为0.10 mm时沉积角最小。机械振动辅助作用下的熔覆层平均显微硬度高于未加机械振动熔覆层110HV0.2左右,提高了13.9%。熔覆层硬度从底部、中部到顶部依次递增,最高硬度在涂层顶部达到1100HV0.2。振幅A和频率f存在协同作用影响熔覆层晶粒大小和增强相分布形态从而影响熔覆层显微硬度。