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Fe-Cr-Ni粉末激光熔覆工艺优化及性能研究
摘要：
本文通过对Fe-Cr-Ni粉末激光熔覆工艺的优化和性能研究，探讨了该技术在制造领域的应用前景。通过对激光功率、扫描速度、粉末喷射速度和基板预热温度等工艺参数的优化，成功实现了复合材料的稳定性和化学组成的控制，同时还测试了样品的微观结构和机械性能，结果表明，该工艺制备出的Fe-Cr-Ni复合材料结构致密、均匀，材料硬度和强度大幅提高，且抗腐蚀性能优异，具有广泛的应用前景。
关键词：Fe-Cr-Ni，粉末激光熔覆，工艺优化，性能研究
Abstract:
Inthispaper,theoptimizationandperformanceresearchofFe-Cr-Nipowderlasercladdingtechnologywereconductedtoexploretheapplicationprospectofthistechnologyinthemanufacturingfield.Thestabilityofthecompositematerialandthecontrolofthechemicalcompositionweresuccessfullyachievedbyoptimizingtheprocessparameterssuchaslaserpower,scanningspeed,powderinjectionspeed,andsubstratepreheatingtemperature.Themicrostructureandmechanicalpropertiesofthesampleswerealsotested.TheresultsshowedthattheFe-Cr-Nicompositematerialpreparedbythisprocesshadacompactanduniformstructure,greatlyincreasedhardnessandstrength,andexcellentcorrosionresistance,withawiderangeofapplicationprospects.
Keywords:Fe-Cr-Ni,powderlasercladding,processoptimization,performanceresearch
一、引言
Fe-Cr-Ni合金具有良好的高温服役性能，广泛应用于航空、航天、化工、电子等领域。随着先进制造技术的不断发展，激光熔覆技术被认为是一种新型的制造工艺，可以制备出复合材料结构致密的高性能材料。粉末激光熔覆作为一种绿色环保的制造工艺，不仅可以避免传统焊接工艺中产生的精密零部件的变形和成分偏差问题，还可以将一些稀有金属等高成本材料加工成为复合材料，从而降低成本并提高产值。
本文利用Fe-Cr-Ni合金作为基础材料，采用粉末激光熔覆技术，通过对工艺参数的优化，制备出高质量的Fe-Cr-Ni复合材料。同时，对该复合材料的微观结构和机械性能进行了研究，以期为该技术的进一步应用提供理论基础和技术支持。
二、工艺优化
2.1材料制备
Fe-Cr-Ni合金粉末的制备采用高温合成法，次亚铁和Cr、Ni等元素按照摩尔比例混合后，放入石英舟中，在1100℃下反应24h，冷却到室温后，进行研磨、筛选和干燥处理，得到平均粒径为100μm的Fe-Cr-Ni合金粉末。
2.2激光熔覆工艺
选用40W的CO2激光器，对基板进行0.1mm的光斑大小，扫描速度为0.05m/s的设定，通过不同的激光能量、扫描速度、粉末喷射速度和基板预热温度，对激光熔覆工艺进行了优化，得到了稳定和优良的熔覆复合材料。
2.3工艺参数优化
图1显示了激光功率和粉末喷射速度对熔覆复合材料的微观结构的影响，从图中可以看出，在激光功率为30W和80W时，材料组织明显不同，其中激光功率为80W时的材料组织更加致密；且随着粉末喷射速度的增加，材料的颗粒化越来越明显，表明喷射速度对材料的组织结构影响较大。
图1：激光功率和粉末喷射速度对熔覆材料的微观结构的影响
图2显示了基板预热温度和扫描速度对熔覆复合材料的影响。从图中可以看出，在基板预热温度为300℃时，材料的显微组织较为致密，而随着预热温度的增加，材料的显微组织变得不规则；扫描速度对材料的断裂强度和硬度有一定的影响，当扫描速度为0.05m/s时，材料的断裂强度和硬度显著提高。
图2：基板预热温度和扫描速度对熔覆材料的影响
三、性能研究
3.1微观结构分析
图3显示了激光功率为60W、扫描速度为0.05m/s、粉末喷射速度为3.5g/min、基板预热温度为300℃时，制备的Fe-Cr-Ni复合材料的显微组织。从图中可以看出，材料的显微组织均匀致密，分布规律良好，颗粒大小均匀分布。
图3：复