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摘要
目的 设计超高速线光斑激光熔覆送粉喷嘴，在极高的熔覆效率和极低的搭接率下制备不锈钢熔覆涂层，对比研究圆光斑及线光斑下的熔覆涂层的微观组织结构及性能。方法 基于送粉喷嘴流场及粉末粒子运动轨迹的模拟研究，设计超高速线光斑激光熔覆专用送粉喷嘴。在此基础上，以27Si Mn为基体，采用1mm×10 mm线光斑，在10%搭接率、熔覆效率4.5 m2/h下，采用超高速线光斑激光熔覆FeCr合金薄涂层；作为对比，采用超高速圆形光斑(2 mm)激光在0.2 m2/h熔覆效率下熔覆FeCr合金涂层。采用SEM、XRD对比分析线光斑/圆光斑涂层微观组织结构与涂层显微硬度。结果 通收束角度为25°～27°的单流道送粉喷嘴可得到分布均匀、飞行速度适中的粉末束流。对比研究超高速线光斑及圆光斑激光熔覆涂层可知，相同扫描速度下2种光斑制备的涂层均较为致密，无裂纹与气孔，由熔覆层底部到熔覆层表面均呈现出平面晶—柱状晶—等轴晶的变化趋势，线光斑和圆光斑涂层硬度在700～800HV，线光斑下的熔覆层硬度分布更加均匀，表面粗糙度Ra可低至<4μm，搭接率可低至10%，熔覆效率可达4.5 m2/h，远高于圆光斑激光下的熔覆效率。结论 2种光斑模式下的涂层微观组织、相组成及硬度相当，但超高速线光斑激光熔覆层表面光洁度更高，表面粗糙度更低，熔覆效率可达圆光斑的20倍。
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单位西安交通大学; 金属材料强度国家重点实验室
