MTC2025 I 太原科技大学 I 镍当量对2205双相不锈钢激光熔覆同种涂层组织及性能的影响!

Materials today communications｜4.3｜中科院3区｜ Q2｜

导读 

激光熔覆的快速加热与冷却过程导致其处于热力学非平衡状态，使得2205双相不锈钢熔覆层中铁素体与奥氏体相比例难以精确控制，进而影响性能表现。本研究通过固定铬当量并调控镍当量设计合金粉末，并将其应用于2205基体表面进行激光熔覆。通过微观组织分析、显微硬度测试、磨损与电化学腐蚀实验，系统评估了镍当量的影响。结果表明，所有熔覆层的腐蚀电流密度均较基体降低一个数量级，其中#3与#4样品表现出最优的耐腐蚀性能。此外，#1样品的硬度最高、耐磨性最佳。本研究为2205双相不锈钢的激光熔覆修复及粉末成分设计优化提供了理论依据。

主要图表

图1. 基底的微观结构。

图2. 基于舍弗勒图的粉末设计。

图3. 粉末形貌的扫描电子显微镜（SEM）图像。

图4.不同样本的 XRD 模式及定量分析结果。

图5. 不同样本的微观结构。

图6.不同试样 EBSD ：(a)–(e) IPF ，（a1）–（e1）相分布，（a2）–（e2）晶粒尺寸。

图7. (a) 极化曲线；(b) 纳伊奎斯特图及等效电路；(c) 对数幅频图；(d) 对数相频图。

图8. 不同试样电化学腐蚀的宏观形貌。

图9. 不同试样的腐蚀形貌与EDS元素分布：(a)–(e)腐蚀形貌；（a1）–（e1）腐蚀表面放大视图及对应EDS结果。

图11. 不同样品的平均显微硬度。

图10. (a) 摩擦系数曲线；(b) 磨损量；(c) 平均摩擦系数。

图12. 不同样品的摩擦系数、三维形貌及EDS元素分布：(a)–(e) 摩擦系数与三维形貌；（a1）–（e1）摩擦形貌；（a2）–（e2）EDS元素分布。

主要结论

本研究采用激光熔覆技术在2205双相不锈钢表面制备了同系粉末涂层，通过评估镍当量对涂层耐磨性、耐腐蚀性及微观组织的影响，确定了最佳熔覆粉末成分。实验结果表明：

（1）随着镍含量的增加，奥氏体（γ-Fe）相含量呈上升趋势，但镍含量达到14 wt%时反而减少。这可能是由于快速冷却过程中镍元素扩散不充分，导致奥氏体含量降低，进一步证实了镍当量变化对熔覆层相组成调控具有显著影响。

（2）提高镍含量后，微观组织中γ-Fe相含量逐渐增加，比例接近50%。α-Fe相与γ-Fe相的相互作用形成了更致密均匀的钝化膜，降低了腐蚀速率，提升了耐腐蚀性能。具体而言，3#与4#涂层的腐蚀电流密度较基体降低一个数量级，且数值最小且相近，其Rct值相比其他试样高出一个数量级，表明其耐腐蚀性能最优。

（3）1#涂层的显微硬度最高，达到基体的1.16倍。其平均摩擦系数和磨损量均低于基体，磨损机制以磨粒磨损和粘着磨损为主，伴随氧化磨损。由于较高的铁素体相含量及晶粒细化带来的强化效应，镍含量增加导致涂层硬度显著下降。

主要信息

Effect of nickel equivalent on microstructure and properties of  laser-cladded homologous coatings on 2205 duplex stainless steel

https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2025.114100

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