层流冷却辊道是热轧层流冷却系统的重要装备之一,位于精轧出口到卷取机前的层流冷却阶段,是提供带钢输送的传动设备。层流冷却辊在工作中与高温带钢直接接触,在实际生产中因磨损而产生的损失量大,而且其表面质量和使用寿命直接影响着生产效率、产品质量及生产成本。因此,如何更好地强化及修复层流冷却辊,延长其使用寿命至关重要。生产上采用热喷涂、喷焊、感应加热淬火等方法提高层流冷却辊的表面性能,但在加工工艺和使用性能上均存在一定的不足。激光熔覆技术作为一种新兴的表面处理技术,可以在廉价的基材表面制备出具有优异性能的冶金结合涂层。本文旨在利用激光熔覆技术,以制备结合良好、耐腐蚀、高温耐磨的涂层为目的,建立一种强化和修复层流冷却辊的新方法,显著提高其使用寿命。本文利用侧向同步送粉激光熔覆技术,通过优化激光加工工艺参数,在45#钢基体表面制备出具有良好冶金结合的高性能激光熔覆衬底层和工作层。利用光学显微镜(0M)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏显微硬度仪、电化学工作站以及高温摩擦磨损试验机等测试分析设备,对所制备激光熔覆层的组织形貌、成分、物相组成、硬度、耐蚀性、抗热疲劳性、高温耐磨性能进行了研究。利用DL2501铁基合金粉末,激光熔覆单道衬底层的优化工艺参数为：圆形光斑直径为3mm,离焦量为340 mm,送粉速度为11.5 g/min,激光输出功率4000 W,扫描速度800 mm/min。在该优化工艺参数下制备的单道激光熔覆衬底层表面光洁,成形质量优良,与基体呈理想的冶金结合,而且涂层内无孔洞和裂纹等宏观缺陷,组织致密均匀,熔覆层硬度较高且数值稳定,平均硬度可达552.3 HV。熔覆区是由平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶组成的典型的激光快速凝固组织,热影响区是细小的马氏体组织,基体保持原始的珠光体和铁素体组织。以优化工艺参数为基础,采用0.5的搭接率,在基体表面成功地制备出大面积的组织细密均匀、无明显气孔和裂纹等缺陷的多道搭接衬底层。沿基体至熔覆层表面方向上,衬底层熔覆层中的Cr元素含量在经过与基体的结合界面后会有明显升高,而Fe元素含量则明显下降；Ni、Si和Mo元素含量有小幅上升,C元素有小幅下降。由于枝晶偏析作用,衬底层晶内区域的Fe元素的含量较高,而晶间区域Cr、Ni、Mo等元素的含量较高。XRD物相分析结果表明,衬底层多道搭接熔覆层物相主要由a-Fe, Cr-Ni-Fe-C和Cr7C3组成,还应有少量的Mo的金属间碳化物存在。熔覆粉末中所添加的少量的Si元素均匀扩散各相之间,以固溶形式存在。利用DL155铁基合金粉末,激光熔覆单道工作层的功率和扫描速度的优化参数为：激光输出功率4000 W,扫描速度400 mm/min。在该优化工艺参数下制备的单道激光熔覆工作层与衬底层呈理想的冶金结合,表面光洁,成形质量优良,而且涂层内无孔洞和裂纹等宏观缺陷,组织致密均匀,熔覆层硬度较高且数值稳定,平均硬度可达748.3 HV。以优化工艺参数为基础,采用0.5的搭接率,在衬底层表面成功地制备出大面积的组织细密均匀、无明显气孔和裂纹等缺陷的多道搭接工作层。工作层与衬底层同样形成了质量优异的冶金结合。沿衬底层至工作层的方向上,Ni和Cr元素含量在经过结合界面后略有下降,Mo元素略有上升,其他元素含量基本保持不变。工作层多道搭接熔覆层物相组成与衬底层的分析结果基本一致。激光熔覆工作层表面比基体具有更高的自腐蚀电位和阻抗值,更小的腐蚀电流和腐蚀速率,具有出色的耐蚀性能。而且工作层表面具有很强的抗热疲劳性能,经热疲劳实验后未产生任何疲劳裂纹,冶金结合界面的结合强度较高,不易脱落。此外,工作层表面具有突出的高温耐磨性能,其磨损形式以磨粒磨损为主,磨损情况较为稳定,经30 min磨损后的失重量仅为0.0239 g,是基体失重量的25.78%。