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随着科学技术和工业水平的不断发展,人们对模切设备抵御恶劣工作环境、运行的稳定性、加工效率和使用寿命都提出了更高的要求。工作区接触面的变形、开裂、磨损等这些问题是零部件失效的首要原因。激光熔覆技术通过增材制造或修复的方式对模切刀具工作区进行强化、制造或再制造,大大降低零件的原料成本、加工成本和生产周期,成为首选。通过调控单道熔覆层的显微结构,一次获得具有良好组织和成分分布,硬度、耐磨性、应力分布优异的熔覆层,对小尺寸模切刀刃的一次成型具有重要的理论和实践意义,同时为多道搭接激光熔覆乃至金属3D的成型质量和组织性能调控提供了理论依据和指导意义。本文分别从优化工艺参数、硬质相尺寸效应及WC-BN-Ni60三元复合材料这三个方面进行试验探索,得出的主要结论如下:通过正交试验,选择激光功率、扫描速度、离焦量这三个关键参数进行优化,获得一组最佳工艺参数,再对影响最显著的扫描速度进行单因素验证试验,最终得最佳工艺参数:激光功率为1000W、扫描速度为1mm/s、离焦量为12mm。在这组最优工艺参数下,熔覆层整体形貌较好,缺陷率最低,硬质相含量从熔覆层顶部向基体逐渐减少,显微组织和性能获得提升。以该参数为基础进行后续试验。通过选择不同WC颗粒尺寸,利用晶格缺陷数量和表面积的变化,改变硬质相密度和化学活性,获得不同显微结构和性能的熔覆层。实验证明WC颗粒尺寸降低到纳米级别,抑制了不利于机械性能发挥的沉降现象。高化学活性的WC颗粒分解后,在熔覆层上部实际工作区重新结晶生长为针状组织,整体性能得到很大改善。顶部显微硬度达到70HRC,涂层与基材之间界面处的硬度过度平缓,摩擦系数降低至0.2左右,磨损体积相比微米级别降低了75%,界面应力峰值降低了150MPa。为了进一步增强梯度涂层机械性能、改善组织形态,在上组实验的基础上,将一定比例的WC硬质相替换为h-BN(x=10%~30%)。实验证明,h-BN增加了WC的形核几率,使针状组织转变为细小颗粒状组织,摩擦性能提升,消除了针尖部位应力集中。同时B元素有利于熔池的脱氧、排气,完全消除了气孔。最优配比为(20%BN+20%WC+60%Ni60A),该配比下形成良好的梯度组织,获得优异的性能,摩擦系数降低至0.1左右,熔覆层界面处残余拉应力值降低至350MPa,截面的残余应力分布是最平缓的。