激光熔覆作为一种重要的材料表面改性技术,能够促进熔覆层与基材表面冶金结合,在现代化制造行业中占据重要地位。伴随着激光技术的发展,金属陶瓷复合粉末作为熔覆材料,在保持金属优良特性的同时又兼具有陶瓷特点,已成为激光熔覆涂层研究和开发的热点。本文通过激光熔覆工艺在45钢表面上熔覆Ni-Al/Al₂O₃-13%TiO₂金属陶瓷粉末,获得兼有金属和陶瓷综合特性的耐磨涂层。研究了熔覆层的组织结构、硬度、耐磨性及抗高温氧化性,结合有限元数值模拟分析涂层内部温度场、应力场分布特点,并与试验部分相佐证,共同诠释Ni-Al/Al₂O₃-13%TiO₂金属陶瓷涂层性能提升因素及不同工艺参数对其影响机理。主要研究内容如下:1)为了进一步研究Ni-Al/Al₂O₃-13%TiO₂涂层的硬度、耐磨及抗高温氧化性能,应用YLS-2000光纤激光器在45钢基体上分别制备Ni-Al涂层及Ni-Al/Al₂O₃-13%TiO₂涂层。通过金相显微镜、SEM、EDS能谱分析、X射线衍射等系统研究涂层的组织形貌、物相组成及元素分布。采用HXD-1000TB维氏硬度仪测定涂层截面显微硬度分布,利用M-2000磨损试验机进行磨损试验,通过WS-G510智能马弗炉对熔覆层及基材进行高温氧化性能测试。结果表明,与Ni-Al涂层相比,Ni-Al/Al₂O₃-13%TiO₂涂层的宏观成形质量较好,无裂纹,涂层组织更为均匀致密,其涂层的截面最高硬度约为Ni-Al涂层的2倍,约为基体的4倍;其失重量约为Ni-Al涂层的1/2,约为基体材料的1/12,涂层比增重相较45钢而言比较小。因此,Ni-Al/Al₂O₃-13%TiO₂涂层的硬度、耐磨及抗高温氧化性能相较于Ni-Al涂层及基体材料显著提升,该研究对于金属陶瓷材料的整体性能分析具有一定的参考意义。2)研究激光功率、扫描速度对激光熔覆Ni-Al/Al₂O₃-13%TiO₂涂层和Ni-Al涂层的温度场分布影响规律,针对单道激光熔覆,利用ANSYS Workbench对该熔覆过程的温度变化进行模拟。通过模拟参数设计、因素极差分析,以稀释率大小作为衡量指标,结合涂层宏观形貌质量分析,得出结论,随着激光功率的增大,涂层最高温度点逐渐增大;随着扫描速度的增加,涂层温度最高点逐渐减小;激光功率为影响温度的主要因素,扫描速度为影响温度的次要因素。当P=1200W、V=6mm.s^-1时,获得的Ni-Al/Al₂O₃-13%TiO₂涂层宏观形貌质量较好,且此时稀释率较低。3)选取激光熔覆Ni-Al/Al₂O₃-13%TiO₂涂层成形质量较好的工艺参数,对该参数下激光熔覆过程的温度场、应力场进行分析。结合试验和数值模拟进一步研究温度和应力对涂层组织及相变的影响机理。结果表明,在激光熔覆快速熔化与冷凝的过程中,熔覆层表面组织较为细化,随着距表面距离的增加组织逐渐粗大化;Ni-Al/Al₂O₃-13%TiO₂相较于Ni-Al涂层内部存在的拉应力较小,这也是Ni-Al涂层易产生裂纹的因素之一。