【摘 要】
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在《中国制造2025》中我国提出了坚持“绿色发展”的基本方针,相较于制造全新的工程机械零部件,对失效零部件进行再制造修复不仅能为国家节省大量资源,而且具有巨大的经济与社会效益。本文针对船用曲轴材料42Cr Mo钢易发生摩擦磨损与腐蚀失效的问题,利用激光熔覆技术在其表面制备了钴基合金复合涂层,以实现对船用曲轴的再制造修复,延长船用曲轴的服役寿命。主要研究内容如下:（1）激光功率与扫描速度对钴基涂层性
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在《中国制造2025》中我国提出了坚持“绿色发展”的基本方针,相较于制造全新的工程机械零部件,对失效零部件进行再制造修复不仅能为国家节省大量资源,而且具有巨大的经济与社会效益。本文针对船用曲轴材料42Cr Mo钢易发生摩擦磨损与腐蚀失效的问题,利用激光熔覆技术在其表面制备了钴基合金复合涂层,以实现对船用曲轴的再制造修复,延长船用曲轴的服役寿命。主要研究内容如下:（1）激光功率与扫描速度对钴基涂层性能的影响研究。以平均显微硬度、磨损率、电化学阻抗来评估涂层的性能,通过调控激光工艺参数中的激光功率与扫描速度来分析工艺参数对涂层的影响规律。研究结果表明:不同工艺参数对钴基涂层金相组织的影响不同,涂层中存在胞状晶、树枝晶、等轴晶等多种晶粒形态。其中,当激光功率为1800W时,钴基涂层平均显微硬度可达619HV0.2,磨损率低至0.598×10-4mm~3/N·m,电化学阻抗为13061.1Ω/cm~2;在400mm/min的扫描速度下,钴基涂层的平均显微硬度为615HV0.2,磨损率为0.554×10-4mm~3/N·m,电化学阻抗为13850.7Ω/cm~2,各项性能也均较优。（2）CeO2对钴基涂层性能的影响及强化机理研究。在Stellite-6粉末中添加了不同质量分数的稀土氧化物CeO2,探究了CeO2添加量对钴基涂层的组织变化情况及性能的影响规律,分析了CeO2增强钴基涂层显微硬度、耐磨性及耐腐蚀性的相关机理。研究结果表明:3wt.%CeO2/钴基复合涂层内部为均匀细小的等轴晶,平均摩擦系数仅为0.326,CeO2混入钴基粉末后,涂层内部有大量硬质相M7C3、M23C6出现,其中M23C6的稳定性大于M7C3。未添加CeO2时,涂层的磨损机制为氧化磨损,而添加CeO2粉末后,涂层的耐磨性有了较大提升,表现为轻微的沟槽。在电化学检测中,涂层表面所生成的钝化膜Cr2O3会隔绝腐蚀液,最终减缓氧化反应的进行,提升了涂层的耐腐蚀性。（3）CeO2/钴基复合涂层激光熔覆多目标优化研究。基于响应面法,对激光功率、扫描速度和CeO2含量进行多目标优化,获取各项性能最优的涂层加工工艺参数组合。研究结果表明:利用多目标遗传算法优化可很大程度上缩小工艺参数优选范围,为获取较优的涂层质量,激光功率主要分布在1600～1650W之间,扫描速度在425～440mm/min之间,CeO2质量分数在2.6～2.8wt.%之间;在此工艺参数组合下,平均显微硬度分布在690HV0.2左右,磨损率在0.52×10-4mm~3/N·m左右,电化学阻抗约为69000Ω/cm~2。在验证Pareto解集可靠性的过程中,各项指标与实际检测结果误差可控制在5.4%以内。（4）再制造修复多道多层规划。分析激光功率、扫描速度与CeO2质量分数对单道钴基涂层几何特征的影响,建立了涂层宽度、高度的几何预测模型;获取20,30,40,50,60%搭接率下涂层的宏观形貌与微观组织,进一步确定了适用于钴基涂层的搭接率为50%;在确定工艺参数确定的基础上,合理选取搭接率对典型“倒梯形”样件的修复,实现对多道多层涂层的规划。
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