刹车盘是高铁制动系统的核心部件,其结构与质量对高铁安全起着决定性的作用。刹车盘结构复杂,表面需要高的耐磨性能、心部需要良好的强韧性,传统的制造方法采用合金钢铸造加表面热处理的方法制备,工艺复杂,流程长,成本高。我国高铁刹车盘依然依赖进口,研发自有知识产权的刹车盘制备先进技术势在必行。而激光直接沉积技术是一种制备铁基高耐磨零件的新技术,可以通过成分设计新型颗粒增强合金粉末,在金属零件表面制备出超高硬度的高厚度耐磨涂层,从而大幅度提高摩擦零件的耐磨性能,以满足刹车盘等摩擦零件的要求。因此,研究激光直接沉积铁基合金高耐磨高厚度涂层制备新技术不仅具有重要的科学研究意义而且具有重要的实际应用价值。本实验利用半导体激光器采用激光直接沉积成形技术,在Q235钢表面上制备了Fe60、Fe60/SiC、Fe60/CeO2、Fe60/SiC/CeO2等多种成分的高厚度耐磨涂层,通过优化的激光制备工艺参数制备无裂纹缺陷的高硬度高厚度耐磨涂层。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、透射电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机、万能材料试验机等对激光沉积涂层的组织结构、相组成、成分、硬度、摩擦磨损和拉伸性能及其沉积机理等进行了系统研究。实验采用已优化的工艺参数为:激光功率1700W,扫描速度6mm/s,送粉率8.8g/min,搭接率30%;在此基础上采用基板预热的方式,在预热200℃-500℃范围成功制备出了厚度达到6mm的无裂纹的Fe60涂层,涂层组织主要由枝晶、等轴晶组成,涂层相组成为α-Fe、γ-Fe、Cr23C6、Fe2B、Cr3Si,发现随预热温度的升高,涂层的硬度及耐磨性能有一定程度的降低,预热温度为200℃时制备样品具有最高的硬度与耐磨性能,硬度为799HV。进而在Fe60合金粉末中分别添加了 SiC、CeO2及SiC/CeO2组成复合合金粉末,预热300℃条件下,激光直接沉积成形了 6mm厚度无裂纹的Fe60/SiC复合涂层,发现当SiC添加量为3wt%时,制备的涂层的硬度达到1072HV,比未添加SiC的涂层提高284HV,具有良好的耐磨性能;激光直接沉积Fe60/CeO2复合涂层时,随CeO2含量的增加,涂层硬度及耐磨性先升高后降低,当添加1.5wt%CeO2时,涂层具有最高的硬度878HV,耐磨性能良好;激光直接沉积Fe60+3wt%SiC+1.5wt%CeO2复合涂层硬度值最高达到1148HV,SiC和CeO2起到了复合颗粒增强的作用,使涂层具有最好的耐磨性能。