激光熔覆容易忽视的参数 直接影响抗空蚀性能

本研究所用基体为42CrMo钢板，尺寸为长150 mm、宽100 mm、厚20 mm。选用市售气雾化铁基合金粉末作为激光熔覆粉末材料。粉末的详细化学成分（wt%）为：C 0.18、O 0.02、B 0.84、Si 0.98、Cr 17.77、Ni 2.38、Mn 0.30、Mo 1.03，余量为Fe。粉末平均粒径为41.59 μm。较细的颗粒尺寸有利于激光熔覆过程中粉末的充分熔化。

激光熔覆工艺参数设定如下：激光功率3 kW、扫描速度20 mm/s、送粉速率20 g/min、光斑直径4 mm、氩气流量12 L/min。分别采用10%、30%、50%和70%四种搭接率制备样品。

搭接率对涂层孔隙率具有显著影响，在30%搭接率时达到最小值。上述变化与激光熔覆过程中的热输入条件密切相关。

随着搭接率的增大，涂层截面的整体硬度逐渐升高。搭接率提高后，热能量密度的增强可能促进了涂层中的晶粒细化现象，使晶界密度显著增大，从而导致硬度持续上升。

随着搭接率的增大，细晶粒的比例持续升高，呈现出明显的晶粒细化趋势。

随着搭接率的增大，高角度晶界的比例呈持续上升趋势，而低角度晶界的比例则相应下降。这一演变规律表明，多道搭接过程中的重熔和热积累效应有效促进了高角度晶界比例的增加。高角度晶界在空蚀过程中能够更有效地阻碍位错运动和裂纹扩展。

在所有试验时间点上，10%搭接率涂层的质量损失均最为严重；随着搭接率的增大，质量损失逐渐降低，其中50%搭接率涂层的质量损失最小；当搭接率进一步提高到70%时，质量损失出现明显反弹。

50%搭接率涂层的表面粗糙度最低，而10%搭接率涂层的表面粗糙度最高。当搭接率不超过50%时，空蚀后涂层的表面粗糙度随搭接率的增大而逐渐降低；超过50%后，表面粗糙度再度上升。

综合质量损失和表面粗糙度数据，可以明确得出涂层抗空蚀性能随搭接率的演变规律：随着搭接率从10%增至70%，涂层的抗空蚀性能先提升后减弱，在50%搭接率时达到最优。

50%搭接率涂层的孔隙率高于30%搭接率涂层，而其晶粒细化程度低于70%搭接率涂层。这表明在决定涂层抗空蚀性能时，孔隙率与晶粒细化之间存在竞争关系。当搭接率从30%增至50%时，孔隙率升高，但晶粒的进一步细化使抗空蚀性能持续增强；而当搭接率进一步提高到70%时，热致缺陷导致孔隙率严重恶化，尽管晶粒细化程度继续提高，涂层的抗空蚀性能却显著下降。

空蚀1 h后，所有涂层样品的表面损伤均较轻微，仅存在局部材料剥落痕迹；

空蚀3 h后，涂层样品的表面损伤显著加剧，除50%搭接率涂层外，其余涂层样品表面均发生材料去除，暴露出蚀坑；

空蚀5 h后，所有涂层样品表面均出现大量明显的蚀坑，原始形貌已基本丧失。

随着搭接率从10%提高到50%，涂层的抗空蚀性能持续提升，在50%时达到最优；当搭接率进一步提高到70%时，抗空蚀性能有所下降，但仍显著高于30%涂层。

‌（1）‌ 激光熔覆涂层的抗空蚀性能随搭接率呈非单调变化趋势。随着搭接率从10%增至70%，抗空蚀性能先提升后下降，在50%搭接率时达到最优。具体而言，10%搭接率涂层的抗空蚀性能最差，70%搭接率涂层的抗空蚀性能优于30%搭接率涂层，但劣于50%搭接率涂层。

‌（2）‌ 竞争型抗空蚀机制包括两个方面：孔隙诱导的加速机制和晶粒细化-孔隙相关的抗力机制。当搭接率为10%时，高孔隙率与粗大晶粒的协同作用导致严重的空蚀损伤；在30%–50%的搭接率范围内，微观组织细化带来的正向贡献超过了孔隙率适度增加的负面影响，抗空蚀性能持续提升；当搭接率达到70%时，孔隙率增加造成的负面效应占据主导，导致抗空蚀性能下降。

‌（3）‌ 涂层孔隙率随搭接率的增大呈先降低后升高的变化规律。在30%搭接率时，相邻熔覆道之间的搭接程度提高，增强了二次重熔作用，有利于消除未熔缺陷并促进相邻熔道间的结合，从而降低孔隙率；当搭接率进一步提高至50%及以上时，过大的热输入导致显著的热量积累，引起局部过热和热应力集中，这些效应会诱发新的热致缺陷，使孔隙率再度上升。

‌（4）‌ 晶粒细化程度随搭接率的增大持续提高，平均晶粒尺寸相应减小。这一现象归因于较高搭接率下搭接区域重熔效应的增强，促进了更细小晶粒的形成。晶粒细化显著提高了晶界密度，这与整体硬度的升高密切相关。然而，抗空蚀性能的提升应理解为晶粒细化、应变释放及相演变共同作用的结果。

‌（5）‌ 在未来的工作中，本研究建立的孔隙率与晶粒细化之间的竞争机制可推广应用于指导其他激光熔覆材料体系及服役工况下的工艺参数优化。此外，更苛刻环境（如高温或腐蚀介质）下的长期空蚀性能仍需进一步研究，以拓宽激光熔覆涂层的工程应用范围。