摘要：为提升65 Mn旋耕刀表面硬度、耐磨性与耐蚀性，采用激光熔覆技术制备Ni 60-WC 20%复合熔覆层，研究1200 W、1500 W和1800 W三种激光功率对熔覆层成形质量、微观组织、硬度及耐腐蚀性能的影响。试验结果表明，1500 W为最优功率，熔覆层与基体实现平整连续的冶金结合，热影响区范围适中（80—120μm），组织为细密胞状枝晶，WC颗粒均匀弥散分布；0—2 mm平均硬度达680 HV 0.2，硬度梯度仅110 HV 0.2/mm，腐蚀电位正移至-0.2 V，腐蚀电流密度对数低至-9—-8，综合性能最优。1200 W功率因热输入不足导致熔覆层致密度低、WC团聚，1800 W功率因热输入过量引发晶粒粗化，产生微裂纹，二者均使熔覆层性能下降。研究结果明确了激光功率与旋耕刀熔覆层表面性能的映射关系，为工艺优化提供了理论依据。

　　关键词：激光熔覆；旋耕刀；激光功率；表面性能；试验研究

　　1.引言

　　旋耕刀是旋耕机核心耕作部件，刀尖与刀口在作业中与土壤、砂石、作物根茎发生剧烈摩擦与冲击，易产生磨粒磨损、腐蚀及疲劳损伤。传统65Mn、60Si2Mn等钢制旋耕刀经淬火+中温回火后，表面硬度仅HRC45-55，难以满足高强度抗磨损工况需求。刀口磨损导致的失效占比超70%，制约着旋耕机的高效持久作业。

　　激光熔覆技术通过高能激光束使基体表面与熔覆粉末同步熔化、快速凝固，形成高硬度、高耐磨、耐腐蚀涂层，定向提升表面性能且不损伤基体整体强韧性”“。与堆焊、热喷涂相比，激光熔覆热输入小、稀释率低、组织致密、冶金结合牢固，适用于旋耕刀等薄壁易损部件表面强化。现有研究多集中于熔覆材料筛选与单一工艺参数探索，缺乏“工艺参数-微观组织-表面性能”关联规律的系统研究。

　　激光熔覆过程中的激光功率是核心工艺参数，直接决定熔池热输入、流动性与冷却速率，进而影响熔覆层成形质量与性能。研究以65Mn钢为基体，以Ni60-WC20%复合粉末为熔覆材料，系统研究1200W、1500W、1800W三种功率下熔覆层的微观组织结构、硬度及腐蚀性能，建立功率与性能的映射关系，为旋耕刀激光熔覆工艺优化提供参考。

　　2.实验材料与方法

　　基体选用65Mn钢板，尺寸60mmx30mmx10mm，经850°C淬火+420°C回火处理，硬度HRC38-42。熔覆材料为Ni60-WC20%复合粉末，Ni60粒度100一200um，WC粒度100-150um。粉末使用前00°C真空干燥2h。基体经400#、800#砂纸干磨，丙酮超声清洗10min，热风烘干。激光熔覆在6000W连续光纤激光器、数控运动平台与同轴送粉以及氩气保护装置上完成。

　　采用单一变量法，固定扫描速度、光斑直径、送粉率、保护气流量,设置1200W、1500W、1800W三组功率，对应试样S1、S2、S3，工艺参数见表1。熔覆试样经线切割、镶嵌、打磨、抛光，王水腐蚀5—8 s。采用光学显微镜观察熔覆层成形质量与缺陷；HV-1000 Z型显微硬度计测试横截面硬度，载荷200 gf，保载15 s，从熔覆层顶部向基体以0.2 mm间隔打点；CS 310 M型电化学工作站测试极化曲线，三电极体系腐蚀试验，腐蚀介质为3.5 wt.%NaCl溶液。

　　3.实验结果与分析

　　3.1激光功率对熔覆层微观组织的影响

　　三种功率下熔覆层与基体均实现冶金结合，无宏观裂纹。但功率不同对界面形貌、热影响区（HAZ）影响显著，如图1所示。S1（1200 W）熔覆层与基体结合良好，界面平直，组织为枝晶与少量块状WC，WC分布稀疏，边缘有溶解。S 2（1500 W）熔覆层厚度均匀，熔合线清晰，组织致密无缺陷。S 3（1800 W）熔覆层厚度最大，表面波动加剧，WC团聚、溶解，局部出现微裂纹。

　　激光功率决定熔池热输入与存在时间。1500 W时粉末完全熔化，冷却速率适中，抑制WC过度溶解与晶粒长大。1200 W热输入不足，熔合不良；1800 W热输入过高，加剧WC溶解、元素烧损及热应力集中。热影响区随功率升高粗化加剧，1800 W时组织严重粗化，硬度与韧性下降。

　　3.2激光功率对熔覆层显微硬度的影响

　　图2为三种功率下熔覆层界面硬度分布。可以看出：三种功率下硬度均呈由表及里梯度分布，远高于基体（300—460 HV0.2）。S 2（1500W）表层硬度峰值为740—810 HV0.2，0—2 mm平均硬度680 HV0.2，硬度梯度仅110 HV0.2/mm，均匀性最优。S1（1200W）致密度低、WC团聚，0—2 mm平均硬度650 HV0.2，2 mm处出现硬度低谷（410 HV0.2），梯度150 HV0.2/mm。S 3（1800W）表层硬度峰值最高（830—840 HV0.2），0—2 mm平均硬度720 HV0.2，但2 mm后急剧下降，梯度265 HV0.2/mm，均匀性最差。

　　3.3激光功率对熔覆层腐蚀性能的影响

　　经Ni 60-WC 20%激光熔覆处理后，试样抗腐蚀性能显著提升，65 Mn基体的腐蚀电位为～-1.0V，腐蚀电流密度对数lg(I)为-5—-3，与之相比，激光熔覆试样腐蚀电位明显正移，lg(I)左移至-9—-7区间。这一改善源于Ni 60基合金形成的钝化膜（Cr2 O 3、NiO）与致密熔覆层的物理阻隔双重作用。

　　激光熔覆功率1500W，腐蚀电位最正（~-0.2 V），lg(I)为-9—-8，耐蚀性最优。致密无缺陷的组织与完整钝化膜最大化发挥双重防护作用，腐蚀介质难以侵入。功率1200 W时腐蚀电位为~-0.8 V，lg(I)为-8—-7，耐蚀性最差。熔覆层致密度低、缺陷多，WC颗粒团聚形成腐蚀微电池，钝化膜破损，腐蚀介质易渗透引发电偶腐蚀。功率1800 W时腐蚀电位~-0.6 V，lg(I)略大于S 2，耐蚀性优于S 1但劣于S 2，晶粒粗化、WC偏聚及微裂纹导致钝化膜局部破损，腐蚀介质易通过微裂纹渗透（图3）。

　　3.4激光功率对熔覆层综合性能的影响

　　1200 W热输入不足，致密度低、WC团聚，硬度偏低且存在低谷，耐蚀性最差。1800 W热输入过量，晶粒粗化、WC溶解偏聚，硬度梯度陡峭，微裂纹导致耐蚀性下降。1500 W热输入与冷却速率匹配最优，组织致密均匀，WC弥散分布，硬度均匀性与耐蚀性协同最优，综合性能最佳。

　　4.讨论

　　4.1激光功率调控熔覆层组织与性能的作用机理激光功率通过热输入Q=ηPI/V调控熔池热行为。

　　低功率（1200 W）热输入不足，元素扩散不充分，界面结合强度有限；适中功率（1500 W）元素扩散充分，结合强度高；高功率（1800 W）热输入过量，热影响区扩大、基体粗化。冷却速率与功率负相关：低功率冷却快，易产生缺陷与WC团聚；适中功率搅拌充分，WC均匀分散；高功率冷却慢，晶粒粗化、WC偏聚，热应力引发微裂纹。

　　4.2旋耕刀激光熔覆强化的工艺优化原则

　　结合旋耕刀结构和工况，65 Mn钢Ni 60-WC 20%激光熔覆工艺优化应遵循：（1）热输入匹配原则，选择1500W功率实现熔池充分熔化与快速凝固匹配；（2）多性能协同原则，兼顾熔覆层硬度与耐蚀性协同提升；（3）基体损伤最小化原则，避免热影响区金相组织过度粗化。

　　5.结论

　　5.1激光功率决定熔池热输入与冷却速率，影响界面结合与组织。1200 W热输入不足，界面波浪状、WC团聚，HAZ较小；1500 W界面平整、组织致密、WC均匀，HAZ 80—120μm；1800 W晶粒粗化、WC溶解偏聚，HAZ扩大。

　　5.2三种功率下熔覆层硬度均远高于基体，呈梯度分布。1800 W表层硬度最高但均匀性最差；1200 W硬度偏低且有低谷；1500 W熔覆层硬度680 HV0.2，硬度梯度110 HV0.2/mm，兼具高硬度与优异均匀性。

　　5.3激光熔覆显著提升耐蚀性，1500 W试样腐蚀电位-0.2 V，lg(I)=-9—-8，耐蚀性最优。综合分析，1500 W为65 Mn旋耕刀表面Ni 60-WC 20%激光熔覆的最优功率。

参考文献：

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