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激光熔覆由于可以获得组织致密、热影响区小、与基体具有良好冶金结合的熔覆层,在再制造领域中获得了广泛应用。本文针对42CrMo双排链轮轴的激光修复,首先参考MCrAlY合金粉末体系和Fe–Cr–C合金粉末体系,自行配制了Fe55合金粉末和Fe60合金粉末,通过激光熔覆获得了表面成形良好的熔覆层,提高了42CrMo钢表面的硬度和耐磨性。为了进一步提高熔覆层耐磨性,在此基础上,基于铝热剂Al和Fe2O3铝热反应原理,在Fe60合金粉末中添加了一定含量的铝热剂,采用激光控制反应合成和熔覆方法在42CrMo钢表面制备了Al2O3陶瓷和M7C3碳化物增强铁基复合涂层。通过X射线衍射分析(XRD)、金相组织观察(OM)、扫描电镜观察(SEM)、透射电镜显微分析(TEM)、维氏硬度测试和MM-200型环—块磨损试验研究了不同铝热剂添加量对铁基复合涂层相组成、组织转变、硬度和耐磨性的影响。结果表明,通过激光熔覆获得了Fe55熔覆层和Fe60熔覆层。Fe55熔覆层主要由γ-Fe,Ni-Cr-Fe和γ-(Fe,Ni)固溶体,NiAl金属间化合物以及少量的Al2O3氧化物组成。在添加一定碳含量的Fe60熔覆层,还出现了原位生成M7C3碳化物。Fe55熔覆层的组织主要由多边形晶和枝晶间区域组成,其中多边形晶主要由相互平行的针状晶组成;Fe60熔覆层的组织主要由等轴晶和连续分布在晶界的碳化物组成。与母材相比,Fe55和Fe60熔覆层的硬度和耐磨性都得到了明显的提高。Fe60熔覆层的硬度和耐磨性进一步提高,这主要是由于M7C3碳化物的沉淀增强作用。在Fe60合金粉末中添加了一定含量的铝热剂后,通过激光控制反应合成和熔覆技术制备了原位生成Al2O3陶瓷和M7C3碳化物,由于Al2O3陶瓷和M7C3碳化物在γ-Fe基体晶界处连续分布,从而促进了晶粒细化。熔覆层的组织由底部的胞状树枝晶,中部的胞状晶和顶部的等轴晶组成。随着铝热剂含量的增加,Al2O3陶瓷和M7C3碳化物在熔覆层中的含量也逐渐增加。此外,热影响区(HAZ)的原奥氏体晶粒逐渐长大,导致最终形成了逐渐粗大的马氏体。铝热剂含量的增加明显提高了熔覆层的硬度和耐磨性,熔覆层硬度从母材的277.4HV分别提高至645.0、676.7和710.5HV,熔覆层的相对耐磨性分别到达了4.574、8.075和11.639。硬度和耐磨性的提高主要是细晶强化、固溶强化和沉淀强化共同作用的结果。