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汽轮机末级长叶片在服役过程中容易受到水滴冲蚀和多种交变载荷的作用而发生腐蚀、裂纹、磨损和疲劳断裂等多种形式的失效。本文以叶片材料表面改性为研究背景,采用半导体激光熔覆的方法,在17-4PH沉淀硬化不锈钢表面制备了Stellite6合金涂层,并对熔覆试样进行了510℃去应力退火热处理和喷丸处理。系统地研究了Stellite6涂层的组织和性能,分析了热处理及喷丸处理对涂层组织和性能的影响。采用现代材料分析方法研究了Stellite6涂层的微观组织、物相组成和元素分布,分析了激光熔覆过程的裂纹缺陷。结果表明,激光功率P=2800W,扫描速度v=8mm/s,送粉速度ω=13.56g/min是最佳熔覆工艺参数。涂层的组织呈现平面晶、胞状和柱状晶、树枝晶、等轴晶等多种形貌,胞状晶和树枝晶组织为面心立方结构的初生相γ-Co固溶体,枝晶间为γ-Co固溶体和M23C6、Cr7C3、CoCx、W2C等碳化物组成的共晶组织。510℃热处理及喷丸处理对Stellite6涂层的物相和元素分布基本没有影响。工艺参数不合理会导致熔覆层容易出现冷裂纹或液化裂纹等缺陷。研究了Stellite6涂层的硬度分布、磨损性能和拉伸性能,分析了热处理及喷丸处理对力学性能的影响。结果表明,Stellite6涂层的显微硬度约为基材的1.5倍,激光回火作用的影响会导致涂层中层与层、道与道的搭接区域以及热影响区出现软化现象。热处理会使涂层的硬度降低,而喷丸处理的强化作用会使硬度提高。Stellite6涂层的摩擦系数比基材小,且更稳定,其磨损质量损失约为基材的10.5%,涂层和基材分别表现为低应力磨粒磨损和粘着磨损机制。基材的抗拉强度为950MPa,属于韧性断裂模式;熔覆试样的抗拉强度为721MPa,塑性较差,热处理和喷丸处理会使其强度和塑性均有所提高。熔覆试样中Stellite6涂层一侧属于沿树枝晶断裂和准解理断裂的混合脆性断裂模式,基材一侧属于韧性断裂模式。测试了Stellite6涂层的腐蚀性能、应力状态和高周疲劳性能。结果表明,在3.5wt%NaCl溶液中,涂层和基材的腐蚀电流密度分别为0.834nA/cm2和8.534nA/cm2,涂层的耐蚀性能相比基材提高了大约10倍。熔覆状态下,涂层热影响区中纵向和横向残余应力均为拉应力,510℃热处理可以使残余应力降低大约1/3,喷丸处理会使试样表面呈现较大的压应力状态。熔覆试样的疲劳极限为380MPa,经过热处理和喷丸处理后,疲劳极限可分别提高到400MPa和420MPa。熔覆试样的疲劳裂纹源通常位于基材一侧的棱角或表面处,裂纹源区呈向外扩展的圆弧形,具有韧性断裂和准解理断裂的共同特征。在疲劳裂纹扩展区,可观察到疲劳辉纹、二次裂纹、疲劳台阶和轮胎花样等典型的疲劳特征。基材一侧的瞬时断裂区呈现韧性断裂特性,Stellite6涂层一侧呈现沿树枝晶韧性断裂和准解理脆性断裂的混合特性。