没有中间粘结层 不锈钢上直接沉积陶瓷层！

基体材料采用 316 L 不锈钢，8 wt% Y₂O₃的 YSZ 粉末粒径范围为 25 至 110 µm，在 80 °C 下干燥超过12 h。

将厚度约 500 µm 的 YSZ 粉末层预铺在不锈钢基体上，搭接率为33.3%，往复扫描路径熔合 11 道平行轨迹，制成约 21 × 8 mm² 区域的涂层。激光功率（P）在 150 至 400 W 范围内以 50 W 为增量变化，扫描速度（V）在 300 至 1800 mm/min 范围内以 300 mm/min 为步长变化。

采用光学显微镜（OM）对 YSZ 涂层的表面形貌进行观察，当 P = 150 W、V 为 1500 和 1800 mm/min 时（即 S150-1500 和 S150-1800，LED 分别为 5 和 7.5 J/mm），不锈钢基体上仅观察到烧灼痕迹，几乎无涂层附着。这表明沉积材料与基体之间的熔化和结合不充分。

在相对较低的 LED 下球化缺陷最为显著。S150-300（LED = 30 J/mm）和 S150-1200（LED = 7.5 J/mm）的 SEM 显微照片中，在 S150-300 中，观察到尺寸超过 1 mm 的大凸起，而 S150-1200 则表现为尺寸小得多、彼此孤立的凸起，其直径为亚毫米级。这表明球化特征的尺寸与形貌受工艺参数影响。EDS 分析显示，这些凸起富含 Zr、Y 和 O，证实它们主要由 YSZ 组成。相比之下，凸起之间的区域则显示出 Fe、Cr 和 Ni 的高浓度，表明此处不锈钢基体暴露在外。

在相对较高的 LED 下，涂层剥落现象频繁出现。高倍 OM 和 SEM 显微照片所示，剥落区域（区域 1 和区域 2，黑色虚线圈）与完好的 YSZ 涂层（区域 3，白色虚线圈）界限清晰，在 OM 图像中呈现为条片状斑块。在对应的 SEM 图像中，这些区域的表面形貌相较于周围 YSZ 涂层明显更为粗糙。元素分布图显示，剥落区域富含 Fe、Cr 和 Ni，并含有相当量的 O，表明涂层脱落后不锈钢基体发生暴露并氧化。相比之下，涂层区域则显示出更高的 Zr、Y 和 O 浓度，与 YSZ 的组成一致。

综合来看，P = 250 W 与 V = 900 mm/min 的参数组合可获得最高的表面质量。因此，该条件被选用于后续的耐磨与耐蚀性能测试。

优化后 YSZ 涂层（S250-900）的典型横截面微观组织表明，其界面结合良好、缺陷极少，并与不锈钢基体形成了清晰的冶金结合。

涂层宽度约为 8 mm，与采用 1.2 mm 激光光斑直径所制备的 11 道扫描轨迹相对应。涂层呈现出周期性的峰谷形貌，平均厚度约为 239.8 ± 77.4 µm。凹陷面积分数为 13.72 ± 1.5%，代表 YSZ 覆盖减少或不完整的区域。尽管存在这些局部凹陷区域，基体表面的大部分仍被 YSZ 涂层所覆盖。陶瓷层内还观察到数量有限的微裂纹。

对 b1–b3 区域的 SEM 分析显示，界面处未见明显裂纹或孔隙。然而，界面表现出微观组织的不均匀性。在某些区域（b2-ii 与 b3-ii）观察到一条厚度不一、带有黑色斑点的条带；这些呈黑色的特征在 SEM 图像中形貌上类似孔隙，但经 EDS 鉴定为富 Cr 的氧化物析出物，而非空洞。在另一些区域，界面处形成了黑白层片交替的共晶组织，并沿钢的晶界延伸进入热影响区（b1-ii 所示），形成一种独特的树根状形貌。正如我们此前研究所报道的，该共晶组织由 (Fe, Ni)₂Zr 和 α-Fe 组成。相应的 EDS 元素分布图证实，界面处发生了显著的元素互扩散。在界面区域中检测到了来自不锈钢基体的 Fe、Cr 和 Ni，而涂层则以 Zr、Y 和 O 为主。此外，Zr 向热影响区的扩散也十分明显。这种跨涂层—基体界面的双向元素互扩散，证实了冶金结合的形成。

对 S250-900 样品的横截面进行纳米压痕测试，以评估涂层、热影响区和不锈钢基体各区域的力学性能。YSZ 涂层的平均平均弹性模量（E）最高为 251.7 ± 7.4 GPa，热影响区的 E 为189.9 ± 10.8 GPa，基体为 199.5 ± 8.8 GPa。涂层的硬度（H）为 15.7 ± 0.5 GPa，热影响区为2.5 ± 0.2 GPa，基体为2.6 ± 0.2 GPa。

YSZ 涂层的平均 dw为 0.06 ± 0.02 mm，而不锈钢为 0.19 ± 0.04 mm。YSZ 涂层的 Ws为 5.5 ± 1.8 × 10⁻⁵ mm³/Nm，而不锈钢为 2.6 ± 0.35 × 10⁻⁴ mm³/Nm。这些结果表明，激光沉积的 YSZ 涂层相对于不锈钢基体具有更优异的耐磨性。

图c-i 和 d-i 给出了经 4 h 球—盘磨损试验后 YSZ 涂层与不锈钢磨损表面的 SEM 和 EDS 分析。在 YSZ 涂层上，图 c-i 中白色虚线圈标出的磨损轨迹区域呈现出不均匀且粗糙的磨损表面。高倍 SEM 图像（图 c-ii）显示，磨损表面以开裂、锯齿状表面与边缘以及深点蚀为特征，表明主要磨损机制为脆性材料去除。EDS 元素分布图显示该区域以 Zr、Y 和 O 信号为主，未检测到 Fe，说明材料去除局限于 YSZ 涂层的逐步去除，而非涂层整体剥落。值得注意的是，与凹陷（或横截面形貌中观察到的谷底）相关的基体暴露区域未显示出可辨识的磨损损伤。这表明，周围的陶瓷涂层有效阻止了磨料对磨面与这些局部未涂覆区域的直接接触，从而限制了它们对总体材料损失的贡献。

相比之下，经 4 h 磨损试验后不锈钢的磨损表面（图 d-i）呈现出相对光滑的磨损轨迹。高倍 SEM 观察（图 d-ii）显示出显著的塑性变形，特征为犁沟和表面涂抹，表明不锈钢的磨损以韧性去除为主导。此外，EDS 元素分布图显示，磨损轨迹上的涂抹斑块内主要分布着 Fe、Ni 和 O，表明形成了铁与镍的氧化物。这些氧化物相对较软，在滑动过程中容易被去除，从而促进了材料的去除。

电化学分析证实，S250-900 YSZ 涂层相较于不锈钢可提供显著增强的耐蚀性。YSZ 涂层与不锈钢基体的开路电位（OCP）均随浸泡时间增加而升高，表明表面发生了逐步钝化。电化学阻抗谱结果显示，带 YSZ 涂层样品的总电阻几乎是未涂覆不锈钢的十倍。与不锈钢相比，YSZ 涂层表面表现出明显更低的腐蚀电流密度，对应腐蚀速率约降低十倍。这些结果清楚地证明了 YSZ 涂层所提供的电化学屏蔽作用。