超聲振動(dòng)輔助激光熔覆3540Fe/CeO2涂層實(shí)驗(yàn)及分析

王玉玲 劉善勇 張翔宇 劉永武 李榮超

青島理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，青島，266520

0 引言

激光熔覆是一種新型材料表面改性處理技術(shù)，可根據(jù)零部件工況要求對(duì)涂層進(jìn)行成分設(shè)計(jì)，在價(jià)格低廉的鋼材上制得具有高性能的涂層，從而延長(zhǎng)零部件的服役壽命，因此該技術(shù)備受國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注[1-2]。然而，與焊接過(guò)程相類似，激光熔覆是快速熔化及迅速凝固的過(guò)程，由于極大的冷卻速度和溫度梯度，該過(guò)程極易產(chǎn)生裂紋或氣孔缺陷，進(jìn)而影響熔覆層性能。目前，將物理場(chǎng)作用于熔池，以改善涂層組織，提高熔覆層各項(xiàng)性能的輔助激光熔覆技術(shù)，成為研究激光熔覆技術(shù)的新思路。

超聲振動(dòng)技術(shù)作為激光熔覆過(guò)程中的輔助技術(shù)時(shí)，具有工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍廣，在材料熔凝過(guò)程中引入超聲振動(dòng)，較易在安全節(jié)能的條件下得到組織細(xì)化、元素分布均勻的涂層，因此超聲振動(dòng)輔助激光熔覆技術(shù)隨著激光熔覆技術(shù)的迅猛發(fā)展也得到了越來(lái)越多的關(guān)注。文獻(xiàn)[3]將超聲振動(dòng)施加到焊接板材中,得到了不存在未混合區(qū)的焊縫，提高了焊接接頭強(qiáng)度，延長(zhǎng)了板材使用壽命。文獻(xiàn)[4]將超聲振動(dòng)與激光熔覆相結(jié)合，通過(guò)對(duì)熔覆材料結(jié)晶過(guò)程的影響機(jī)理研究，證明了超聲振動(dòng)的空化效應(yīng)能使熔池溫度變化更加均勻化，能有效降低涂層裂紋率，細(xì)化組織晶粒，得到高性能涂層。文獻(xiàn)[5-6]在研究超聲振動(dòng)輔助激光熔覆BT20鈦合金的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)施加后涂層的晶粒尺寸越小，涂層氣孔率越低。盡管上述研究都為超聲激光復(fù)合加工技術(shù)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)，但實(shí)驗(yàn)均以對(duì)基體施加超聲振動(dòng)的單一施加方式為主，而實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用則需考慮更加靈活的加工方式。研究表明，在空氣中對(duì)熔覆區(qū)施加超聲振動(dòng)的方式，同樣可制備高性能熔覆層，且該方式可在工件任意處對(duì)熔覆區(qū)直接施加振動(dòng)，不會(huì)因工件尺寸或工作臺(tái)過(guò)大而可能出現(xiàn)超聲振動(dòng)衰減、振動(dòng)分布不均的情況，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)用性。

本文在確定了最優(yōu)工藝參數(shù)及粉末配比的基礎(chǔ)上引入超聲振動(dòng)，進(jìn)行超聲振動(dòng)輔助激光熔覆制備3540Fe/CeO2高性能熔覆層的實(shí)驗(yàn)研究。分析了有無(wú)超聲振動(dòng)及施加不同角度超聲振動(dòng)對(duì)熔覆層宏觀形貌、微觀組織、物相組成及力學(xué)性能的影響，最終確定最佳超聲振動(dòng)施加角度，得到性能優(yōu)異且滿足要求的熔覆層。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)選用熔覆粉末材料為3540Fe基合金粉末，粒度為150～300目，其化學(xué)成分見表1。由于稀土元素具有細(xì)化晶粒、減少氣泡、改善熔覆層形貌的作用，因此在激光熔覆實(shí)驗(yàn)研究中，常加入稀土元素提高熔覆層性能。為了制備更高性能的粉末材料同時(shí)便于觀察比較，本文選擇在3540Fe基合金粉末中添加CeO2稀土元素?；w材料選用42CrMo鋼，尺寸為150 mm×80 mm×15 mm，基體材料經(jīng)等溫正火—滲碳淬火—回火的熱處理后，表面硬度達(dá)到260 HV左右，其化學(xué)成分見表2。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

實(shí)驗(yàn)采用德國(guó)Rofin公司生產(chǎn)的FL020型光纖激光器，其最大激光輸出功率為2 000 W，激光波長(zhǎng)為950～1 100 nm，光斑直徑最小為1 mm，保護(hù)氣體為氬氣。采用自制的機(jī)構(gòu)對(duì)熔覆層直接施加超聲振動(dòng)，與傳統(tǒng)接觸式間接超聲振動(dòng)存在很大差別，施加方式如圖1所示。超聲波與工件掃描方向垂直，激光熔覆方式采用“S”形熔覆路徑，保證超聲振動(dòng)作用于熔池，且對(duì)靠近熔池的熔融態(tài)材料起到振動(dòng)作用，以確保振動(dòng)的時(shí)效性及均勻性。

表13540Fe基粉末化學(xué)成分表(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

Tab.1 Chemical composition of 3540Fe(mass fraction) %

表2 42CrMo鋼化學(xué)成分表(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

圖1 超聲輔助激光熔覆掃描工件方式示意圖Fig.1 Scan artifact mode of ultrasonic assisted laser cladding

進(jìn)行熔覆實(shí)驗(yàn)前，提前開啟超聲振動(dòng)設(shè)備，以保證作用效果，同時(shí)有助于波形的穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)完成后，延遲關(guān)閉超聲振動(dòng)設(shè)備，增加附加振動(dòng)時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)選用離焦量30 mm，掃描速度4 mm/s，搭接率50%，以超聲振子端部中心線與熔池水平面之間的夾角α為超聲振動(dòng)施加角度，分別選取α為0°、30°、45°、60°、90°進(jìn)行超聲振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，并得到最佳超聲振動(dòng)施加角度。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲振動(dòng)施加角度對(duì)涂層宏觀形貌的影響

圖2為施加不同角度超聲振動(dòng)所得到的熔覆層宏觀形貌，可以看出，無(wú)超聲振動(dòng)的熔覆試樣的首道熔覆層較厚，同時(shí)基板端部的熔覆層表面凹凸不平、厚度不均。這是預(yù)置粉末法激光熔覆難以避免的，由于首道熔覆層熔覆時(shí)的粉末最多，周圍未形成熔池，而從第二道熔覆層熔覆開始,粉末逐漸流向前一道熔池，從而導(dǎo)致熔覆層的高度降低?；宥瞬亢穸炔痪彩峭瑯拥牡览?。

(a)無(wú)超聲振動(dòng) (b)0°超聲振動(dòng)

(c)30°超聲振動(dòng) (d)45°超聲振動(dòng)

(e)60°超聲振動(dòng) (f)90°超聲振動(dòng)圖2 不同角度超聲振動(dòng)激光熔覆涂層宏觀形貌Fig.2 Macroscopic morphology of different angles of ultrasonic vibration laser cladding coating

由圖2可以看出，與無(wú)超聲振動(dòng)的熔覆試樣相比，加入超聲振動(dòng)后的各試樣熔覆層整體厚度均勻，首道熔覆層與隨后各道熔覆層的高度差減小，基板端部熔覆層形貌凹凸不平的現(xiàn)象得到了極大改善。其中,當(dāng)超聲施加角度為0°、30°和60°時(shí)，熔覆試樣的熔覆層在基板端部存在或多或少凹凸不平的現(xiàn)象，這是由于在豎直和水平方向的振幅大小不同，熔覆層受到的振動(dòng)合力不均造成了基板邊緣與內(nèi)部振幅差值較大，進(jìn)而使得熔池在激光熔覆端部的形態(tài)不穩(wěn)定。在超聲振動(dòng)的劇烈作用下，處于非穩(wěn)態(tài)的熔池迅速凝固形成了凹凸不平的端面形貌。而當(dāng)超聲施加角度為45°和90°時(shí)，熔覆試樣的熔覆層宏觀形貌最為平整均勻，振動(dòng)合力在豎直和水平方向分力的均衡以及豎直單一方向的振動(dòng)，保證了作用于熔池的振幅穩(wěn)定。由此可知，施加不同角度超聲振動(dòng)時(shí)要盡量保證作用于熔池的振幅均勻及穩(wěn)定，以制備出宏觀形貌均勻平整的激光熔覆涂層。

2.2 超聲振動(dòng)輔助激光熔覆3540Fe/CeO2涂層組織分析

超聲振動(dòng)輔助激光熔覆3540Fe/CeO2涂層的組織分布圖見圖3。由圖3a可以看出，無(wú)稀土、無(wú)超聲輔助的熔覆層雖有組織生成，但組織由多數(shù)粗大的胞狀晶和少量生成的樹枝晶構(gòu)成，粗細(xì)分布極其不均勻，且產(chǎn)生大量氣孔。由圖3b可以看出,添加稀土后組織得到細(xì)化，組織多為樹枝晶及胞狀晶相間分布在γ(Fe,Ni)相中，涂層氣孔消失。而由圖3c和圖3d可以看出，施加超聲振動(dòng)后涂層組織得到明顯細(xì)化，相比只添加稀土、無(wú)超聲輔助的涂層組織，其晶體結(jié)構(gòu)更加細(xì)致均勻，且同樣無(wú)氣孔產(chǎn)生。由此可知，超聲振動(dòng)的施加確實(shí)對(duì)激光熔覆層的顯微組織起到很好的細(xì)化作用，對(duì)涂層性能有很大的提升作用。這是由于超聲波的空化效應(yīng)起了作用，空化泡形成瞬間產(chǎn)生的高壓會(huì)增加合金熔體的整體過(guò)冷度，進(jìn)而使得涂層結(jié)晶力增大，促進(jìn)熔體形核，提高了形核率，從而細(xì)化組織晶粒。同時(shí)，空化泡的破裂瞬間產(chǎn)生的高溫使得已經(jīng)形核的晶粒重新熔化并二次生長(zhǎng)，變成更加細(xì)小的晶粒組織。此外，超聲波的熱效應(yīng)也起到關(guān)鍵的作用，在合金熔體的結(jié)晶過(guò)程中，超聲波的熱效應(yīng)對(duì)熔池產(chǎn)生攪拌作用，該攪拌作用使涂層中的溶質(zhì)元素快速聚集于生成的枝晶根部，進(jìn)而使得枝晶根部頸縮后斷裂形成更加細(xì)小的等軸晶。

(a)無(wú)稀土無(wú)超聲 (b)加稀土無(wú)超聲

(c)45°超聲加稀土 (d)90°超聲加稀土圖3 不同角度超聲振動(dòng)激光熔覆涂層顯微組織Fig.3 Microstructure of different angles of ultrasonic vibration laser cladding coating

比較圖3c和圖3d可以看出，在相同熔覆工藝參數(shù)下，施加45°超聲振動(dòng)的熔覆層組織比施加90°超聲振動(dòng)的熔覆層組織更加細(xì)化。90°超聲振動(dòng)制備的熔覆層組織分布均勻，多為細(xì)化的枝晶組織；而45°超聲振動(dòng)制備的熔覆層組織多為枝晶組織細(xì)化后生成的等軸晶和細(xì)小針狀枝晶，呈垂直熔池方向豎向排列，且涂層表面析出黑色硬質(zhì)相。根據(jù)物相檢測(cè)結(jié)果，硬質(zhì)相中含有Fe、Cr、Ni及少量Ce元素，推測(cè)在熔覆過(guò)程中，共晶組織溶解后在超聲作用下不斷上浮，使得涂層表面出現(xiàn)硬質(zhì)相，該硬質(zhì)相不僅有利于氣孔的排除，對(duì)涂層表面性能也有很好的強(qiáng)化作用。通過(guò)上述分析可知，在相同熔覆工藝參數(shù)條件下，45°超聲振動(dòng)制備的熔覆層顯微組織更為理想。

2.3 超聲振動(dòng)輔助激光熔覆3540Fe/CeO2涂層物相結(jié)構(gòu)分析

采用X射線衍射(X-ray diffraction，XRD)進(jìn)行物相分析，圖4為無(wú)超聲振動(dòng)及分別施加45°和90°超聲振動(dòng)后的激光熔覆3540Fe/CeO2涂層XRD物相分析圖譜，可以看出，無(wú)論是施加45°還是90°超聲振動(dòng)，熔覆層物相結(jié)構(gòu)均未發(fā)生改變，仍然由γ(Fe，Ni)、Cr13Ni5Si2、Cr7C3等相組成。此結(jié)果與文獻(xiàn)[7]結(jié)果類似。

1.γ(Fe,Ni) 2.Cr13Ni5Si2 3.Cr7C3圖4 不同角度超聲振動(dòng)激光熔覆涂層XRD圖譜Fig.4 XRD patterns of different angles of ultrasonic vibration laser cladding coating

根據(jù)冶金學(xué)理論，相的組成主要受成分及冷卻條件的影響。超聲振動(dòng)輔助激光熔覆時(shí)，在對(duì)熔池施加振動(dòng)的過(guò)程中,并未引入其他元素改變?cè)镜幕瘜W(xué)反應(yīng)而改變?nèi)鄹矊映煞?。同時(shí)，超聲振動(dòng)的聲波在熔池中進(jìn)行傳播時(shí)產(chǎn)生空化效應(yīng)及熱效應(yīng)，在熔覆過(guò)程中有利于減小熔池的溫度梯度。本研究所用的熔覆材料為Fe基合金，在結(jié)晶過(guò)程中，合金元素在晶界上的含量比其在晶內(nèi)的含量高得多，降低了MF(完全馬氏體化)點(diǎn)溫度，在熔池從高溫降至室溫的過(guò)程中，基本不發(fā)生相的轉(zhuǎn)變，主要為馬氏體，只有晶界上殘留有部分奧氏體，在物相檢測(cè)中顯現(xiàn)不出也是合理的。但韌性良好的奧氏體能吸收熔覆層中的應(yīng)力，可防止裂紋產(chǎn)生，是實(shí)驗(yàn)樣品未觀測(cè)到裂紋的重要原因[8]。

2.4 超聲振動(dòng)輔助激光熔覆3540Fe/CeO2涂層顯微硬度分析

圖5為有無(wú)超聲振動(dòng)作用下激光熔覆層橫截面顯微硬度分布示意圖，可以看出，施加超聲振動(dòng)的熔覆層顯微硬度要明顯高于未施加超聲振動(dòng)的熔覆層顯微硬度。從圖5中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可求得未施加超聲振動(dòng)的熔覆層平均顯微硬度為708 HV；而施加90°超聲振動(dòng)的熔覆層平均顯微硬度為1 052 HV,較未施加超聲振動(dòng)的熔覆層硬度提高了48%左右；施加45°超聲振動(dòng)的熔覆層平均顯微硬度為1 148 HV,較未施加超聲振動(dòng)的熔覆層硬度提高了62%左右，提高效果最為明顯。由此可見，超聲振動(dòng)的施加對(duì)提高熔覆層的顯微硬度有很大的幫助，原因在于施加超聲振動(dòng)產(chǎn)生的空化效應(yīng)及熱效應(yīng)能細(xì)化熔覆層組織和晶粒，晶粒尺寸減小使得晶界數(shù)量增多，當(dāng)載荷作用于等軸晶區(qū)時(shí)硬度提高，使得合金層的韌性得到提高。同時(shí)，超聲波的施加使得CeO2稀土元素在熔覆層中的分布更加均勻，表面載荷作用于熔覆層時(shí)被均勻地分?jǐn)?，熔覆層單位面積承受的壓力變小，熔覆層整體的抗變形能力就得到了提高，進(jìn)而總體性能得到了強(qiáng)化。此外，施加45°超聲振動(dòng)的熔覆層顯微硬度整體要高于施加90°超聲振動(dòng)的涂熔覆顯微硬度，施加45°超聲振動(dòng)的熔覆層由于振動(dòng)力在水平和豎直方向上的均勻性，使得熔覆層的晶粒更加細(xì)化，組織更加均勻，能更好地均布熔覆層中的CeO2稀土元素，從而得到更高表面硬度的涂層。

圖5 有無(wú)超聲振動(dòng)熔覆層顯微硬度對(duì)比Fig.5 Microhardness with or without ultrasonic vibration cladding layer

2.5 超聲振動(dòng)輔助激光熔覆3540Fe/CeO2涂層耐磨性分析

作為標(biāo)定熔覆層耐磨性的重要參數(shù)，熔覆層的摩擦磨損性檢測(cè)必不可少。研究表明，對(duì)于一定材料，其摩擦因數(shù)及磨損量是材料及各種外界因素綜合作用的結(jié)果，而非材料自身的固有特征，因此為了研究超聲振動(dòng)對(duì)涂層耐磨性的影響,在同一實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，對(duì)無(wú)超聲振動(dòng)及分別施加45°和90°超聲振動(dòng)的激光熔覆層的摩擦磨損性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

圖6為無(wú)超聲振動(dòng)及分別施加45°和90°超聲振動(dòng)熔覆層的摩擦因數(shù)曲線對(duì)比圖，可以看出，摩擦初期由于表面粗糙度較小，三者的初始摩擦因數(shù)均較小，隨著摩擦?xí)r間的增加，三者表面粗糙度的不同使得曲線發(fā)生變化，在經(jīng)歷了磨合期后，摩擦因數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定，并進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段。其中，無(wú)超聲振動(dòng)的熔覆層磨合期最長(zhǎng)，施加90°超聲振動(dòng)的熔覆層磨合期次之，而施加45°超聲振動(dòng)的熔覆層最快達(dá)到穩(wěn)定磨損階段。由此可知，相比較未施加超聲振動(dòng)的熔覆層，施加超聲振動(dòng)的熔覆層磨合期明顯縮短。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，未施加超聲振動(dòng)的熔覆層平均摩擦因數(shù)約為0.49，曲線波動(dòng)較大；施加90°超聲振動(dòng)的熔覆層平均摩擦因數(shù)約為0.37，摩擦曲線波動(dòng)最小，摩擦過(guò)程最為平穩(wěn)；施加45°超聲振動(dòng)的熔覆層的摩擦因數(shù)最小，是未施加超聲振動(dòng)的熔覆層摩擦因數(shù)的一半，約為0.27，雖然摩擦曲線峰谷差值較大，但中間值總體較為平穩(wěn)，可能是變幅桿端面橫向振幅與縱向振幅施加不同步，造成了振幅峰谷值差異較大。

圖6 有無(wú)超聲振動(dòng)熔覆層摩擦因數(shù)曲線對(duì)比Fig.6 Friction coefficient curve with or without ultrasonic vibration cladding layer

圖7為無(wú)超聲振動(dòng)及分別施加45°和90°超聲振動(dòng)的熔覆層磨損量對(duì)比圖，可以看出，未施加超聲振動(dòng)的熔覆層磨損量最大，平均值為6.23 mm3；施加90°超聲振動(dòng)的熔覆層磨損量平均值為4.68 mm3；而施加45°超聲振動(dòng)的熔覆層磨損量最小，平均值為3.02 mm3，減磨效果最為明顯。這一結(jié)果與圖6對(duì)應(yīng)的摩擦因數(shù)結(jié)果相吻合，摩擦因數(shù)小的熔覆層耐磨性較好，從而磨損量相對(duì)較小。

圖7 有無(wú)超聲振動(dòng)熔覆層磨損量對(duì)比Fig.7 Abrasion loss with or without ultrasonic vibration cladding layer

為了更加深入地研究超聲振動(dòng)對(duì)激光熔覆涂層耐磨性的影響，系統(tǒng)探究涂層磨損機(jī)理，用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)對(duì)各磨損試樣的磨痕表面進(jìn)行觀察研究，見圖8。

(a)基體 (b)無(wú)超聲振動(dòng)

(c)45°超聲振動(dòng) (d)90°超聲振動(dòng)

(e)基體放大圖 (f)無(wú)超聲振動(dòng)放大圖

(g)45°超聲振動(dòng)放大圖 (h)90°超聲振動(dòng)放大圖圖8 有無(wú)超聲振動(dòng)熔覆層磨痕形貌SEM圖Fig.8 SEM of grinding crack topography with or without ultrasonic vibration cladding layer

由圖8a可以看出，基體磨損嚴(yán)重，塑性變形較大，磨損形式為嚴(yán)重的粘著磨損和疲勞磨損，并伴有微量磨料磨損，磨痕寬度最大，約為582 μm。這是由于對(duì)磨材料為Al2O3陶瓷球，其硬度遠(yuǎn)高于基體材料42CrMo鋼的硬度，基體在磨損過(guò)程中所受循環(huán)變應(yīng)力較大，進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段后超過(guò)其疲勞極限，從而出現(xiàn)疲勞破壞并在表面形成麻坑，同時(shí)隨著摩擦過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，基體表面溫度不斷升高，對(duì)磨偶件與基體因高溫產(chǎn)生局部焊合，焊合區(qū)域在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用下不斷撕裂后從基體表面凸起并形成粘著。局部放大后，由圖8e可以看到基體磨損面的粘著狀表面，且表面分布有大量氣孔。圖8b為未施加超聲振動(dòng)的熔覆層磨損形貌，可以看出磨損形態(tài)有所減輕，磨損表面較為光滑，磨痕寬度減小，約為480 μm，磨損形式為粘著磨損并伴有微量磨料磨損，磨損表面有大塊的熔覆層脫落及輕微犁溝出現(xiàn)，但沒有凹坑和凸起，局部放大后，圖8f表現(xiàn)地更加直觀。這是因?yàn)榕c基體相比，3540Fe/CeO2熔覆層的硬度要高很多，對(duì)磨偶件硬質(zhì)相的變應(yīng)力相對(duì)熔覆層的變應(yīng)力減小，但隨著磨損過(guò)程的進(jìn)行，熱應(yīng)力使得Al2O3陶瓷易于粘結(jié)熔覆層，從而使得熔覆層脫落。

圖8c和圖8d分別為施加不同角度超聲振動(dòng)的熔覆層磨損形貌，可以看出，施加超聲振動(dòng)的涂層比未施加超聲振動(dòng)的涂層在磨損程度上減輕許多，其磨損表面更為光滑。其中，施加45°超聲振動(dòng)的熔覆層磨損形貌(圖8c)更為理想，磨痕淺而細(xì)，磨痕寬度約為236 μm；施加90°超聲振動(dòng)的熔覆層(圖8d)磨痕寬度約為372 μm，磨痕較寬。比較兩者的磨損機(jī)理可以發(fā)現(xiàn)，施加超聲振動(dòng)后熔覆層的磨損形式表現(xiàn)為磨料磨損和粘著磨損。施加45°超聲振動(dòng)的熔覆層磨損形式主要為磨料磨損，并伴有輕微的粘著磨損，涂層磨損表面為輕微的豎向細(xì)小劃痕，局部放大后，從圖8g中可以看到，磨痕呈豎向規(guī)則排列，無(wú)明顯溝槽，這一方面是由于Al2O3陶瓷球?qū)Ρ砻娲嬖诶缦髯饔茫硪环矫媸怯捎诿撀涞哪バ紝?duì)涂層表面形成顯微切削作用，但該過(guò)程并未形成較深的犁溝，只有小面積的涂層剝落，磨損表面形貌最為理想。而施加90°超聲振動(dòng)的熔覆層磨損形式為粘著磨損與磨料磨損相間，對(duì)磨偶件的硬質(zhì)點(diǎn)反復(fù)刮擦熔覆層表面，形成了輕微的犁溝，同時(shí)Al2O3陶瓷球?qū)ν繉颖砻嬉泊嬖诶缦骷帮@微切削作用，使得涂層表面有不規(guī)則的小片狀剝落，局部放大后，從圖8h中可以看到，涂層表面有剝落現(xiàn)象，但痕跡較淺，更多的是犁溝形成的犁皺。

3 結(jié)論

在確定了最優(yōu)工藝參數(shù)和粉末配比的基礎(chǔ)上，引入超聲振動(dòng)來(lái)輔助激光熔覆3540Fe/CeO2實(shí)驗(yàn)研究，選擇超聲波與工件掃描方向垂直的輔助方式，采用“S”形掃描路徑進(jìn)行輔助熔覆實(shí)驗(yàn)。通過(guò)分析熔覆層的微觀組織、物相組成和力學(xué)性能發(fā)現(xiàn)：

(1)超聲振動(dòng)的施加使得熔覆層組織由粗大的胞狀晶和樹枝晶向細(xì)小的等軸晶和針狀枝晶轉(zhuǎn)化，組織細(xì)化效果明顯。

(2)在硬度和耐磨性方面，超聲振動(dòng)的施加使得涂層平均硬度提高50%～60%，耐磨性提升明顯；但XRD分析發(fā)現(xiàn)熔覆層組織并未因超聲波的作用而產(chǎn)生新相。

(3)超聲振動(dòng)施加角度為45°時(shí)得到的熔覆層性能更為優(yōu)異，此時(shí)熔覆層表面成形質(zhì)量和微觀組織形貌良好，無(wú)裂紋及氣孔等缺陷，涂層平均顯微硬度最高，耐磨效果最為顯著。