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Fe-Al和Ni-Al系金属间化合物具有优良的抗高温氧化与热腐蚀能力,作为新型的高温涂层材料,在航空航天领域有着广阔的应用前景。激光熔覆是近几十年来发展起来的一种材料表面改性技术,将激光熔覆技术应用于金属间化合物覆层的制备,是金属间化合物应用于实际的一个研究方向。本文采用激光熔覆技术与反应合成技术相结合,探讨在钢基表面制备Ni-Al、Fe-Al金属间化合物涂层技术。 本文以Fe3Al粉末为原料,采用激光熔覆工艺在低碳钢基体的表面制备了Fe3Al金属间化合物涂层,通过控制熔覆前后的热处理工艺,获得了致密、无肉眼可见气孔、夹杂、与基体完全冶金结合、无宏观裂纹的涂层;涂层主要由单相 Fe3Al构成。涂层组织为粗大的等轴状晶团,晶团由大量微细片状晶粒构成,电子衍射分析测定 Fe3Al晶格常数为0.543 nm;研究了激光熔覆功率对熔覆品质的影响,实验在2.4~2.6 kW熔覆功率下获得了良好的熔覆效果;Fe3Al激光熔覆层的硬度测定结果约为390~420HV,较铸态Fe3Al的硬度提高50％以上。 以镍包铝合金为原料,对钢基表面激光合金化制备Ni-Al-Fe金属间化合物涂层进行了研究。利用高功率激光以及Ni、Al间反应放热,在实现涂层高度致密、与基体冶金结合的同时,使基体中 Fe适量熔入熔池,最终获得了无裂纹的Ni-Al-Fe金属间化合物涂层,涂层主要由β-NiAl(Fe)与γ-Ni3Al(Fe)两相金属间化合物构成,β-NiAl(Fe)相和γ-Ni3Al(Fe)相均固溶有大量具有合金韧化作用的Fe元素,各元素原子百分比 Ni:Al:Fe分别为41:31:28和49:17:34;γ-Ni3Al(Fe)相呈连续网状分布于β-NiAl(Fe)周围,这与Ni-30Fe-20Al和Ni-20Fe-30Al合金的两相区韧化组织与成分相类似,有利于降低涂层脆性。电子衍射分析测定 NiAl(Fe)相的晶格常数 a为0.284 nm,而 Ni3Al(Fe)相的晶格常数 a为0.351 nm。 Ni-Al-Fe金属间化合物涂层的硬度达到 HV410-HV440,较高速电弧喷涂制备的NiAl合金以及普通铸态 NiAl合金的硬度值提高30%以上。 在激光合金化制备Ni-Al-Fe金属间化合物涂层研究基础上进一步研究了激光原位反应合成Ni-Al金属间化合物涂层的技术。实验以镍包铝、镍基自熔性合金以及铝的混合粉为原料,利用激光工艺与镍、铝之间的反应合成相结合。实验结果表明,涂层显微组织主要由多量树枝状 NiAl和沿树枝晶间连续分布的少量 Ni3Al两相构成,其中NiAl相和Ni3Al相中 Ni, Al, Fe, Si的原子百分含量分别为54:39:5:2以及70:21:6:3。与直接熔覆镍包铝相比,镍包铝中添加镍基合金与铝,不仅降低了熔覆功率,其中多道熔覆功率由2.4 kW下降为2.1 kW,而且熔覆质量进一步改善,获得的涂层熔道连续、完整、致密,多道搭接均匀,表面平整;同时降低了基底中铁元素的熔入,涂层硬度进一步提高到 HV490-HV540,这些都有利于恶劣高温氧化环境下的抗氧化性能的进一步提高。