减摩耐磨激光熔覆涂层的研究现状及发展趋势*

杨文斌 李仕宇 肖 乾 陈道云 王 溯 张 博

(华东交通大学轨道交通基础设施性能检测与保障国家重点实验室 江西南昌 330013)

摩擦磨损是造成零部件材料表面损伤的最主要因素，很大程度制约了设备工作运行的可靠性及安全性[1]。随着工业的快速发展，由磨损造成的材料浪费非常巨大，每年造成的经济损失数千亿[2]。为了改善材料表面的摩擦学性能，国内外学者研究和发展了多种多样的材料加工与表面改性技术，例如热喷涂法[3]、电弧焊接[4]及物理气相沉积[5]等技术。但这些技术普遍存在一些缺陷，比如与基体结合强度不够、涂层表面质量无法保证以及涂层会产生孔隙与裂纹等，从而影响了涂层的性能，进而影响材料减摩耐磨特性，难以大规模推广应用[6-7]。

20世纪70年代以前激光熔覆技术在表面工程领域上的应用还较少[8-9]。经过几十年的发展，激光熔覆技术逐步成为材料表面改性的一种重要方法。与传统涂层相比，激光熔覆涂层与基体呈良好的冶金结合，可显著提高基体表面的硬度和耐磨性，同时保持基体的韧性和强度特性不变[10]，目前已广泛应于航空航天、轨道交通、石油、冶金、化工、机械、电力等领域[11]。

本文作者对激光熔覆技术在减摩耐磨领域的应用及研究现状进行了综述，并展望了激光熔覆技术未来的发展趋势。

1 激光熔覆耐磨涂层

激光熔覆技术一般采用自熔性合金粉末材料(Fe、Co、Ni基等)和陶瓷材料对基体材料进行表面强化，以提高零件的表面硬度和耐磨性[12]。为了适用于特殊场合，学者们从多种角度(如工艺参数优化、添加稀土元素等)开展激光熔覆减摩耐磨涂层的研究并取得一定进展，已逐步在多领域推广应用。

1.1 自熔性合金涂层

目前应用的自熔性合金粉末材料主要为Ni基、Co基、Fe基、Cu基及其他有色金属合金粉末材料体系[13]。其中Fe基、Co基和Ni基合金粉末材料最早被用于耐磨激光熔覆涂层的制备，其对改善基体材料的耐磨性具有显著效果，已运用到轴颈、导轨、阀门、柱塞等[14]，有效提高了零部件使用寿命。

1.1.1 Fe基自熔性合金涂层

Fe基自熔性合金粉末常被用于在低碳钢、铸铁以及不锈钢基体上制备激光熔覆涂层，其最大的优点是价格低廉，且抗磨减摩性能好。目前，铁基合金熔覆的合金化设计主要选用Fe、Cr、Ni、C、W、Mo、B等元素，一般情况下，为了提高表面涂层的硬度和耐磨性，在Fe基自熔性合金粉末的成分设计上添加了B、Si元素[15]。

楼程华等[16]采用同轴送粉方式在Cr12MoV基体表面上制备Fe基合金涂层，磨损试验发现，涂层组织中形成了V4C、Cr23C6、Cr7C3等细小树枝晶，其磨损量比基体降低了25%，即显著提高了模具钢材料的耐磨性。

马斌斌等[17]选用Fe-Si-B粉末在45钢基体表面进行激光熔覆，研究了激光功率对熔覆层显微组织与性能的影响，发现在激光功率为800 W时，涂层组织含有(Fe，Si)树枝晶以及Fe2B与(Fe，Si)的片状共晶，其硬度最高可达726HV(测试载荷5 N)，极大提升了表面力学性能，表现出良好耐磨效果。

众所周知，由于列车在高速重载的恶劣环境下运行，轮轨会遭到各种损伤，而轮轨的维护与更新不仅造成材料的浪费，也造成了巨大的经济损失，因此对轮轨进行表面强化显得极其重要。HE等[18]采用激光熔覆技术在高碳锰钢轨(U71Mn)上制备了致密的Fe基复合涂层，与未经过激光处理的U71Mn基体相比，激光熔覆层的显微硬度提高了2倍，耐磨性提高了近8倍，可以明显提升轮轨的磨损寿命。

1.1.2 Ni基自熔性合金涂层

Ni基合金粉末是目前使用最广泛的熔覆材料，其具有良好的自熔性和韧性、较高的耐腐蚀性和抗氧化能力等，可适用于基体的局部修复。为了进一步提高涂层的耐磨性，在Ni基粉末成分设计时，通常添加C元素以获得碳化物强化相，同时引入具有脱氧剂和自熔剂功能的Si、B元素，通过固溶强化和弥散强化来提高涂层的硬度和耐磨性[19]。

杨晓红等[20]采用45钢作为基体材料，使用激光熔覆技术制备了Ni35合金涂层，发现熔覆层表面硬度(约450HV，测试载荷2 N)与基体相比有明显提高，且熔覆层的磨痕宽度明显变窄，可见熔覆层能显著提高基体材料耐磨性。

陈子豪等[21]在2Cr25Ni20耐热奥氏体不锈钢表面制备了激光熔覆NiCrFeMo高温合金涂层，发现基材显微硬度平均值为252HV(测试载荷3N)左右，熔覆层显微硬度平均值为285HV(测试载荷3 N)左右，有效提升修复材料减摩耐磨性能。

GUO等[22]采用激光熔覆技术在Ti基板上制备了一种含HfB2的Ni基复合涂层，研究结果表明激光熔覆含HfB2复合涂层后，由于涂层中形成了硬质相，使纯Ti基体和NiCrBSi涂层的耐磨性大大提高。

1.1.3 Co基自熔性合金涂层

Co基合金粉末以Co为主要成分，其也包含了一定数量的Cr、Ni、W和少量C等元素；Cr可与C形成硬质相碳化铬，和B形成硼化铬，具有抗高温和耐蚀耐磨的特点[23]。因此Co基合金常被应用于航空航天、冶金工程、石油化工、电力工程等工业领域的减摩耐磨环境[24]。

颜胜科等[25]以Co-Cr合金粉末在45钢表面上进行激光熔覆。研究结果表明，其涂层表面显微组织细小，晶粒呈网状结构并排列致密。熔覆层硬度比基体高，熔覆层耐磨性高于基体。

GUO等[26]在车轮和钢轨材料表面制备了Co基激光熔覆层。结果表明，未处理的钢轨/车轮系统易出现严重磨损和表面接触疲劳损伤；相比之下，Co基熔覆层有效降低了车轮和钢轨材料的滚动摩擦因数和磨损率，提高了车轮和钢轨材料的耐磨性。

综上所知，利用自熔性合金粉末制备激光熔覆涂层有效提高了金属材料耐磨性能。但激光熔覆层存在气孔、裂纹和成分偏析与组织不均匀性等问题[27]。自熔性涂层表面的气孔、裂纹如图1所示[28]，不同区域出现的成分偏析现象，熔覆层中不同区域的成分偏析如图2所示[29]。这些不同缺陷必然导致性能存在差异，限制该技术在具有高可靠性及安全性要求的领域应用。

图1 激光熔覆涂层中气孔和裂纹

图2 熔覆层组织及成分偏析

1.2 金属陶瓷复合涂层

激光熔覆陶瓷粉末近年来受到了人们的广泛关注，很多学者将其用于增强材料表面的减摩耐磨性并做了大量研究。

金属陶瓷复合粉末是采用不同的制备方法获得的金属或合金与非金属陶瓷复合的粉末。金属陶瓷粉末一般有碳化物粉末(碳化钨、碳化钛、碳化铬)、氧化物粉末(Al2O3、TiO2、Cr2O3等)、氮化物粉末以及硼化物粉末等[30]，其大多具有高硬度、高熔点等特点，因此利用陶瓷相材料的高硬度、高熔点可以提高激光熔覆层在高温下的耐磨损性能[31]。

一些国内外学者在金属粉末中添加单一陶瓷粉末，采用激光熔覆技术使得金属基体与陶瓷粉末熔化并凝固结合，制备了具有良好耐磨性能的金属陶瓷复合涂层。TECHEL等[32]选择由WC和Ni或Co硬质合金混合粉末，制备了硬质合金激光熔覆层，结果表明，通过添加WC进行强化的涂层具有最高的耐磨性，其磨损率明显低于基体。TAZA等[33]使用光纤激光器在母材304SS表面熔覆二硫化钨(WS2)涂层，研究了激光熔覆层的力学性能和摩擦学性能。结果表明，添加WS2粉末在304SS上熔覆形成的Cr-W-C-Fe金属基复合材料的力学性能和摩擦学性能均得到了改善，涂层表面的显微硬度显著提高，与母材304SS相比，磨损减少了1/9。

由于激光熔覆单一陶瓷材料时，陶瓷材料与金属基体存在差距较大的弹性模量和热膨胀系数，造成较大的热应力，涂层易产生裂纹和空洞等缺陷[34]。因此，研究人员探讨了复合陶瓷粉末在激光熔覆涂层制备中的应用。侯晓云等[35]采用同步送粉激光熔覆技术，在Ti811表面制备了TC4+Ni45合金涂层，利用XRD和SEM观察分析熔覆层组织和相组成。研究发现，与基体相比，熔覆层的显微硬度明显提高，磨损率也降低。观察显微组织，发现熔覆层表面主要由分布均匀的基底α-Ti、金属间化合物Ti2Ni、增强相TiB2和TiC等硬质相组成，有助于提高材料表面耐磨性。

ZANG等[36]采用激光熔覆在20Cr2Ni4A基体上沉积了NiCr-Cr3C2金属陶瓷复合涂层，发现在熔覆涂层中形成的Cr3C2和Cr7C3硬质相，在中高温工作环境下具备较低的摩擦因数和磨损率，耐磨性比基体有了明显提高。

ZHAO等[37]在45钢基板上激光熔覆了TiC、TiN和B4C的Ni204陶瓷复合涂层，所得熔覆层组织均匀致密，涂层的显微硬度提高了2.6倍，而摩擦因数较基体降低了28%。这是由于TiC、TiN和Ti(C，B，N)陶瓷相周围存在(Ti，Mo，Nb)(C，B，N))、碳化物、氮化物、(Ti，Mo，Nb)(C，B，N)和(Ti，Mo，Nb)(C，N)环相。涂层中均匀分布的增强相抑制了研磨球对陶瓷涂层表面的挤压，改变了原有的磨料磨损机制，使磨损痕迹更浅，使表面摩擦因数降低。

综上所述，金属陶瓷复合涂层有利于材料获得较高的力学性能，起到有效的减摩耐磨作用。然而，金属陶瓷复合涂层的制备工艺参数、陶瓷粉末的选择及配比等，都对涂层性能有较大的影响。周丹等人[38]制备了Fe基合金粉末与不同比例的TiC陶瓷粉末混合的金属复合涂层，并分析了TiC含量对涂层显微组织的影响。图3所示为不同质量分数TiC的激光熔覆层表面渗透探伤形貌。当TiC质量分数为0时，熔覆层起收弧处存在数条裂纹；当TiC质量分数为10%时，表面可见数条横向裂纹，但并未贯穿整个熔覆层；当TiC质量分数为20%时，横向裂纹数量明显增多，贯穿熔覆层，且收弧端存在纵向裂纹；当TiC质量分数为30%时，熔覆层表面则出现较明显的网格状裂纹，开裂倾向较大。李洪波等[39]在H13基体表面制备了不同配比的H13和NiCr-Cr3C2复合粉末熔覆层，并分析了NiCr-Cr3C2质量分数对涂层显微组织的影响，发现不同NiCr-Cr3C2含量的涂层存在不同程度的裂纹现象，如图4所示，为此提出通过陶瓷粉末配比来改善这种裂纹的方法。因此金属陶瓷复合粉末应进一步优化工艺参数、陶瓷粉末的选择及配比，从而制备出质量优异的金属陶瓷复合涂层，推动金属陶瓷复合涂层的广泛应用[40]。

图3 不同质量分数TiC的激光熔覆层的表面形貌[38]

图4 不同质量分数NiCr-Cr3C2的H13/NiCr-Cr3C2熔覆层的表面微观形貌

1.3 稀土添加复合层

研究表明，质量分数2%以下的稀土元素及其氧化物就能有效改善激光熔覆层的组织结构以及其性能[41]。目前研究较多的是Ce、Y、La等稀土元素以及它们的氧化物Y2O3[42]、CeO2[43]、La2O3[44]等。在熔覆层凝固过程中，稀土元素容易与其他化学元素发生反应生成以其结晶为核心的新物质，增加形核率，并吸附在晶界组织颗粒中逐渐变大，从而细化树枝晶组织。此外，易分布于晶界的稀土元素具有较强内吸附力，既可以强化晶界又能净化晶界，对耐磨性、耐腐蚀性以及抗氧化性起到增强作用[45-46]。同时稀土粉末生成硬质相颗粒并均匀分布于涂层内使涂层摩擦学性能得以改善。

早在1990年，尚丽娟和朱荆璞[47]在激光熔覆钴基合金的过程中，通过添加稀土元素Ce提高了熔覆层耐磨性。而近年张坚等人[48]做了类似的研究，在45钢板表面激光熔覆高硼铁基合金涂层，并加入稀土Ce，发现经稀土Ce改性后，初生奥氏体晶粒尺寸减小，晶间网格状硼化物形态得到改善，呈现断网或颗粒状，耐磨性随之增强。

添加稀土元素氧化物同样可以起到改善熔覆层质量的效果。ZHANG等[49]采用Ti、Al、Si、TiC和Y2O3混合粉末在TC4合金上制备TiC增强复合涂层。结果表明：Y2O3对熔池中晶体类型的影响很小，但可细化TiC晶粒；由于细晶强化和分散硬化，复合涂层硬度提高5～6倍，耐磨性提高4.5～5.8倍。

CHEN等[50]研究了CeO2含量对TiC涂层的相组成、微观结构和耐磨性的影响。结果表明：CeO2含量增加，枝晶和粒状晶粒尺寸变小，分布逐渐均匀致密，有效改善了TiC涂层的显微硬度和耐磨性；当添加过量的CeO2时，CeO2可能会因Ti陶瓷颗粒的燃烧而损失，并抑制第二相TiC的沉淀，从而导致涂层的显微硬度降低。

刘佳等人[51]研究了添加不同含量稀土氧化物Y2O3对Ni基WC熔覆层表面摩擦性能影响，如图5所示。结果表明：未添加Y2O3的熔覆层磨损后的首道与其他道次的高度差较大(见图5(a))；添加质量分数1.0%Y2O3的熔覆层缺陷最少，耐磨性能最好(见图5(c))；而过量的Y2O3会与杂质元素形成大量难熔化合物，不易从熔池中浮出，从而使熔覆层出现裂纹缺陷(见图5(d))。

图5 不同Y2O3质量分数熔覆层的磨损形貌

因此激光熔覆稀土添加量粉末体系不完善，应制定出标准的粉末成分表，避免由于粉末成分不同导致熔覆层实际应力改变而产生裂纹[52]。

1.4 工艺条件

由于激光熔覆过程具有快速熔化快速凝固的特点，如果工艺参数设计不合理易使得熔覆层出现结合强度低、出现气孔、开裂等问题，因此熔覆过程中的工艺参数直接影响涂层的品质，需要合理优化工艺参数才能获得性能良好的涂层[53-54]。赵明娟等[55]研究了不同送粉速度对CNTs-SiC/Ni激光熔覆复合涂层组织与性能的影响。研究发现，随着送粉速度的增加，熔覆层晶体组织尺寸先减小再增大，涂层的硬度呈现先增加后减小的趋势，磨损量先缓慢减小后迅速增大，说明送粉速度明显影响涂层的减摩耐磨性能。姚宏凯等[56]采用激光熔覆在5CrNiMo模具钢上制备了Ni60合金涂层，研究了不同激光扫描速率对复合涂层微观结构和性能的影响。结果表明，熔覆层主要由CrB2、Cr2B3、Cr7C3及基底γ-Ni相组成。随着扫描速率提高，涂层的显微硬度逐渐增加，组织由柱(条)状枝晶转变为等轴晶，并均匀细化。表面摩擦因数也随着扫描速率增加逐渐减小，在扫描速率为10 mm/s时，熔覆层摩擦因数最低，仅为0.18，扫描速率可改善涂层的耐磨损性能。以上研究说明，通过优化激光熔覆过程的工艺参数可以改善涂层性能，但单纯优化参数制得的涂层很难满足苛刻工况条件。

为了进一步提高熔覆层质量，采用超声振动、电磁等多场辅助的方式成为激光熔覆研究工艺的新方向[57]。在熔覆过程中引入超声、电磁振动等外部能量场可加强对熔池的搅拌作用，缩短凝固时间，使晶粒没有足够的时间长大，起到细化晶粒的作用[58]。沈言锦等[59]在不同功率的超声能量场辅助下在Q235表面制备了致密的复合涂层，研究了超声波功率对熔覆层组织和性能的影响。研究发现，涂层硬度和耐磨性随着超声波功率增加而先增加后减少，其硬度和耐磨性在超声功率为1 kW时为最大值，与基体相比，耐磨性能提高了近50倍。

刘洪喜等[60]采用磁场辅助在Q235钢表面制备了Ni60CuMoW复合涂层，结果发现，磁场辅助作用下，激光熔覆涂层的晶粒细化且均匀致密，其平均显微硬度达到913HV(测试载荷5 N)，为无磁辅助涂层的1.5倍，耐磨性能得到了明显改善。

综上所知，工艺条件(熔覆参数、外部能场)对激光熔覆层的质量影响明显。同样，徐家乐[61]提出了电磁/超声复合能场辅助激光熔覆涂层制备新工艺，并分析了制备的熔覆层的耐磨性能，如图6所示。结果表明：在无能场辅助制备的涂层磨痕中出现了严重剥层和大块磨削现象，如图6(a)所示；引入单一超声场和电磁场后涂层表面磨粒磨损变得轻微，严重剥离现象转变为黏着磨损，如图6(b)、(c)所示；而复合能场作用下的涂层磨损后表面沟槽宽度和深度相较于单一能场进一步变窄变浅，只出现局部轻微塑性变形，如图6(d)所示。

图6 能场辅助熔覆钴基涂层磨损形貌[61]

图7所示能场辅助熔覆钴基涂层的摩擦因数可知，复合能场作用下的涂层表现出更加优异的减摩效果。因此在优化工艺参数的基础上，选取合适的一种或多种外部能量场，形成激光熔覆和外部能场组成的复合工艺，有望成为制备满足苛刻工况条件的性能优异的激光熔覆层可行方法。

图7 能场辅助熔覆钴基涂层摩擦因数[61]

2 新型耐磨性涂层

目前使用传统的自熔性合金粉末和陶瓷材料制备的激光熔覆涂层可以满足机械构件在普通工况下的表面减摩耐磨需求，但却难以胜任高温、高压、腐蚀等严苛工作环境下的表面减摩耐磨需要，于是新型高性能耐磨涂层材料技术成为学者们的研究热点。

2.1 自润滑耐磨复合涂层

激光熔覆自润滑耐磨涂层是在激光熔覆过程中添加固体润滑剂而形成的具有自润滑性能的耐磨涂层，具有良好的发展前景[62]。探求新型润滑材料、新配方，方可从根源上减少熔覆缺陷，提升自润滑涂层耐磨性能[63]。杨宇璇[64]研制了一种新型固体润滑耐磨涂层，以解决在严苛工况下，涡轴发动机燃油泵侧板、轴承等部件寿命短的问题。此外，新型固体润滑材料也已成功地应用于生物医学以及重型和先进热机部件。新型自润滑耐磨复合材料具有良好的综合性能，成为研究的热点[65]。

YAN等[66]利用激光熔覆技术在连续铸造模具Cr-Zr-Cu合金上成功制备了Co+TiC+CaF2自润滑复合涂层，该涂层的平均硬度约为Co基合金涂层的两倍，同时表现出良好的减摩和抗磨的能力。王华明等[67]采用激光熔覆技术制备出了以氧化物陶瓷Al2O3为基体、以CaF2为高温自润滑相的陶瓷基高温自润滑耐磨复合涂层，在干燥滑动摩擦条件下，Al2O3/CaF2陶瓷基高温自润滑耐磨复合涂层既有Al2O3陶瓷优异的高温耐磨性和抗氧化性能，同时也具备了CaF2优异的高温自润滑性能，同基体相比，其摩擦因数明显降低，耐磨性大幅度提高。

张津超[68]考虑到核电汽轮组中再热双阀组的阀杆长期运作于高温高压的无润滑环境，通过激光熔覆技术在不锈钢阀杆表面制备了Ni60+CaF2+MoS2自润滑复合熔覆层。该自润滑耐磨涂层组织较均匀致密，存在FeMo2S4、CaMoO4、CaF2等润滑相，相比于不锈钢基体，复合涂层的摩擦因数和磨损量显著降低，起到了有效的减摩耐磨作用。

综上可知，采用激光熔覆技术制备的新型自润滑耐磨涂层，具有良好的减摩耐磨效果，起到保护材料表面的作用[69]。可见，激光熔覆技术制备自润滑耐磨涂层将是未来研究发展方向之一。

2.2 高熵合金耐磨涂层

高熵合金(HEAs)通常包含5种及5种以上的主元素，逐步成为目前制备新型合金粉末领域研究热点之一[70-72]。不同元素显现出不同的性质，将原子半径较大的元素(Al、Ti、Mo等)添加入合金粉末可以形成稳定的体心立方(BCC)固溶体；将Cu、Co、Ni等元素添加入合金粉末有利于形成面心立方(FCC)结构固溶体[73]。同时HEAs具有优异的综合性能，如高强度和硬度、良好的耐磨性和耐腐蚀性[74]。

LI等[75]在TC4基体上利用激光熔覆技术制备不同Ti含量的CoCrFeNi2V0.5Tix高熵合金涂层，实验表明，涂层由BBC固溶体、CoTi2相、NiTi2相和富钛相组成，其硬度高达960HV(测试载荷2 N)，耐磨性和硬度相比基体显著提高。徐猛[76]研究了激光熔覆CoCrFeMoNi高熵合金涂层的耐磨性能，发现在60、80、100 N载荷下，熔覆态高硬度高熵合金涂层的耐磨性能均优于基体H13钢，且摩擦因数降低了20%。此外，非晶相的存在可更大程度提高涂层的硬度和高温耐磨性[77]。SHU等[78]研究了CoCrBFeNiSi高熵合金非晶涂层的显微组织与高温磨损行为，图8示出了CoCrBFeNiSi高熵合金非晶涂层的高温磨损行为的测试结果。结果表明，该涂层以非晶层为表层，结晶层为底层，其中表面上含85.1%的非晶相；在高温下该涂层表层的磨损机制以磨粒磨损和氧化磨损为主，由图8(a)、(c)和(d)可知，表层的磨损表面相当光滑，有轻微的犁沟；相反，该涂层底层有大量的氧化物，且有深耕槽；图8(b)可知，较比底层，表层的磨损量也降低至10%，显著提高了耐磨性能。

图8 CoCrBFeNiSi高熵合金非晶涂层高温磨损行为

学者们采用激光熔覆技术在各种功能基体上制备了高熵合金涂层来改善材料的表面性能。但由于金属元素组成广泛性和不同元素含量的影响不同，由此成分设计是一项相当复杂的系统；此外，对于高熵合金自润滑体系的研究也较少，可以通过借鉴新型固体润滑剂，以扩展高熵合金涂层在多元场景下的应用。

2.3 梯度耐磨涂层

梯度功能材料(FGM)是新型的功能性复合材料[79]，采用两种或两种以上的成分和结构呈连续梯度变化形成的多层材料。FGM可提高涂层与基体的结合强度，满足构件的整体性能优化设计[80]，以适应现代航空航天工业等高技术领域的需要，进而满足现在及未来高性能产品的结构需求。

赵健等人[81]采用激光熔覆在铜合金表面制备Cr3C2/Co涂层及Ni/Cu-Cr3C2/Co梯度涂层，对梯度涂层的显微硬度和耐磨性进行评估，发现梯度涂层比Cr3C2/Co涂层和铜合金基体磨损量显著降低，这是由于Cr3C2、M23C6及M7C3相的存在改善了铜基体与涂层的相容性，提高了显微硬度和耐磨性能。陈岁元等[82]采用脉冲激光诱导原位反应技术在Cr-Zr-Cu合金表面制备出具有3层梯度的Co基合金涂层。研究发现，梯度涂层耐磨性是基体的5.8倍，摩擦因数是铜合金基体的1/2，磨损率是基体的1/3，表面梯度涂层具有良好的减摩耐磨性能。

目前相关研究虽然取得了一些重要进展，但制备梯度涂层的硬度和厚度尚待提高，特别是梯度成分设计与涂层组织结构及其性能之间的相互关系还需要深入研究。

2.4 纳米耐磨涂层

纳米耐磨涂层作为表面工程领域一种新兴的涂层技术，虽然起步较晚，发展却十分迅速。基于纳米材料与激光熔覆技术相结合制备的新型功能涂层材料，对于改善材料的强韧性、抗腐蚀性、耐磨性、抗热疲劳性有着积极作用[83]。YU等[84]利用激光熔覆技术在Fe基粉末冶金材料表面制备一层含有纳米Al2O3颗粒的厚硬化层，研究发现该材料具有优异的力学性能，尤其是耐磨性。姚建华和张伟[85]采用激光熔覆技术在2Cr13不锈钢表面上制备含纳米WC粉末涂层，结果表明，基体表面形成了致密的复合涂层，纳米WC的加入使涂层磨损率降低了60%，说明涂层的耐磨性得到了较大改善。

由于工作环境复杂性，要求材料有较高的综合性能，单一材料已经很难满足需求，于是近年来发展了纳米+自润滑耐磨涂层和纳米+梯度结构耐磨熔覆层，大大提高了涂层与基体的结合强度，增强了涂层抗磨减摩效果。

WANG等[86]采用激光熔覆在Fe基体上分别制备了Ni60涂层和纳米Ni60-WS2自润滑复合涂层。研究发现，激光熔覆 Ni60-WS2(纳米镍封装)涂层的摩擦因数降低至约0.36，且耐磨性能相比Ni60涂层提高了3倍，更好地改善了基体的抗磨减摩性能。张金升等[87]利用激光熔覆法在45钢板上制备了纳米Fe3Al/Al2O3梯度涂层，结果表明，纳米梯度涂层磨损速率比基体显著降低，其耐磨性能是基体的14倍多，可以极大地提升工程材料的可靠性和耐久性。

3 总结与展望

学者们虽然对激光熔覆涂层的减摩耐磨性能进行了深入研究，但目前研究主要集中在内在因素(设计涂层原料成分、加入稀土成分等)和外在因素(选择和成分相匹配的工艺参数、超声、电磁振动等)两方面来提高涂层的性能。但单一的材料已很难满足各种复杂工况环境下的摩擦磨损性能要求，因此熔覆材料选择、参数设计以及工艺优化将是未来研究的重要方向。同时，一些学者倾向于新型功能耐磨性涂层的研究，从自润滑耐磨涂层到高熵合金耐磨涂层，从梯度耐磨涂层到纳米耐磨涂层，从而不断提升复合材料的减摩耐磨性能，以适用于各种复杂摩擦磨损工况场合下。因此，针对激光熔覆涂层耐磨性能的研究，可以进一步创新设计新型固体自润滑材料，研究高熵合金自润滑体系，合理配制多种复合材料，满足材料多元需求。也可研发纳米化的润滑剂和梯度自润滑材料，将激光熔覆技术、纳米技术、超声、电磁方式与自润滑剂和梯度配制结合起来，实现材料的力学性能和摩擦学性能的统一。