目前工业中耐蚀涂层的制备技术以电镀Cr为主,然而电镀Cr产业的污染问题日益受到关注,中国和欧盟都对电镀Cr产业进行了限制。业界对可以取代或者减少电镀Cr技术应用的表面改性技术有迫切的需求。激光熔覆技术在行业内有一定的应用,但由于热输入大、涂层表面粗糙度低、稀释率高、成本高等问题一直未能实现大范围推广应用。超高速激光熔覆技术是在传统激光熔覆技术基础上发展起来的一种新型表面改性技术,由于其熔覆线速度高达15～200m/min,加工过程中对材料的热影响很小,可以获得低稀释率、表面光洁、组织致密的涂层,在质量、效率、成本等方面都具有明显优势,被认为是可以替代电镀Cr工艺的绿色先进制造技术,备受工业界关注。本文采用超高速激光熔覆技术,在27SiMn钢管上熔覆了AISI431双相不锈钢耐蚀涂层。针对超高速激光熔覆涂层的宏观特性、微观组织以及耐蚀特性进行分析。研究了超高速激光熔覆的成形过程,并分析了熔覆线速度对涂层宏观特性的影响,包括表面形貌、稀释率、热影响区等;研究了涂层内部组织特征、成分均匀性以及物相组成的演变规律。采用电化学方法对超高速激光熔覆的特殊结构涂层进行耐蚀性能考核;通过分析超高速激光熔覆制备的超薄涂层表面钝化膜成分、结构,阐明了超高速激光熔覆涂层的耐蚀机理;同时,通过对超高速激光熔覆涂层内部缺陷诱发的点蚀行为进行观察分析,阐明了超高速激光熔覆涂层点蚀破坏机制。超高速激光熔覆线速度对涂层的宏观特性和涂层内部组织有较大的影响。当熔覆线速度达到15m/min以上时,因熔池冷却速率高、熔覆道搭接率高,获得的涂层表面非常平整,基体热影响区仅在120～150μm之间,稀释率不足1%。AISI431涂层组织主要为枝晶结构,搭接区的枝晶由于重复的热作用会发生粗化。熔覆线速度的提高有利于枝晶尺寸的细化,随着熔覆线速度由1.5m/min提高到100m/min,枝晶尺寸由5.4μm减小到0.9μm,细化了约6倍。枝晶和枝晶间的成分存在较大差异,枝晶间具有更高Cr、Mn含量,Fe、Ni、Si的含量较少。超高熔覆线速度获得的细化枝晶组织,对均匀化涂层内部成分起到了非常重要的作用。涂层物相为马氏体/铁素体双相,枝晶间主要为铁素体构成,马氏体为片层状被枝晶间结构分隔在枝晶内部,随着熔覆线速度的增加,涂层的硬度随着马氏体含量减少而下降,由1.5m/min时的664HV下降到100m/min时的460HV。超高速激光熔覆的AISI431不锈钢涂层具有优良的耐蚀性能。在电化学测试溶液为3.5%Na Cl溶液的室温腐蚀环境下,对涂层的耐蚀性能进行表征。结果表明,涂层的耐蚀性能随着熔覆线速度的增加而提高。涂层耐蚀性能的提升主要得益于涂层枝晶组织的细化和成分均匀性的提高,细化的枝晶组织有利于钝化膜的形核,更均匀的元素分布有利于钝化膜致密性的提高。超高速激光熔覆涂层形成的致密钝化膜是涂层耐蚀性能优异的关键,钝化膜的致密性与涂层内部组织密切相关。超高速激光熔覆涂层表面钝化膜整体平均厚度约为14nm,涂层内部枝晶偏析所造成的元素分布不均匀会导致涂层表面钝化膜厚度不均匀,一般枝晶间处形成的钝化膜内层更厚些,因此枝晶尺寸越细小,涂层表面的氧化膜的厚度更均匀,耐蚀性更高。钝化膜呈现为明显双层膜特性,外层为较厚的富铁氧化物层,内层为较薄的富Cr氧化物层。钝化膜内层的富Cr氧化物层是不锈钢涂层耐蚀的关键屏障,可以有效阻隔腐蚀环境中的Cl-离子的侵蚀。枝晶间Cr元素含量相对较高,形成的富Cr氧化物层厚度较枝晶位置更大些。超高速激光熔覆内部缺陷是引起涂层发生点蚀破坏的主要原因。超高速激光熔覆涂层中可能出现的缺陷主要有气孔、SiO2夹杂、裂纹以及复合型缺陷等,尺寸在1μm～10μm之间的微型缺陷。引起涂层产生点蚀的缺陷主要为SiO2夹杂物和裂纹。夹杂物和裂纹缺陷位置通常会使钝化膜不连续或存在薄弱点,使其更容易受到Cl-离子破坏,进而引发点蚀。超高速激光熔覆特殊的搭接结构有利于减少涂层内部的缺陷,从而减少涂层的点蚀破坏倾向。