第十五届全国表面工程青年学术会议

针对凿岩钻具在高冲击、高磨损、高腐蚀耦合严苛服役环境下频发磨损、腐蚀失效，进而引发开采效率下降、运维成本高的难题，本研究提出在凿岩钻具损伤面制备陶瓷-高熵自润滑梯度涂层的激光再制造延寿策略。研究以“材料设计-工艺优化-性能调控”为主线，设计Ti/Nb元素掺杂耦合Ti₃SiC₂ MAX相/TiC颗粒协同强化的陶瓷-高熵自润滑复合材料；建立粉末气-固两相流与熔池热质传递多场耦合数值模型，揭示工艺参数与粉末汇聚特性、熔池凝固行为的内在关联；引入机械振动外场调控涂层微观组织演化与硬度梯度分布，成功制备高成形质量、低裂纹敏感性的梯度强化涂层。结果表明：400Hz振动辅助可显著增强熔池金属流动性，加速气泡逸出与陶瓷相均匀弥散分布，将涂层孔隙率降至0.1%以下；梯度结构设计有效抵消振动对界面结合的削弱效应，涂层结合强度达642MPa，通过固溶、细晶、弥散的协同强化作用，涂层表面硬度较钻具基体提升88.1%，耐磨性提升22倍，耐蚀性提升8倍，冲击韧性提升19.1%；再制造钻具上机钻孔试验中涂层无剥落、开裂现象，磨损量仅为新品的77%。本研究为凿岩钻具长寿命激光再制造提供了理论支撑与技术路径，同时拓展了高熵合金复合材料在矿山装备表面强化领域的应用。

凿岩钻具,激光再制造,陶瓷-高熵合金,自润滑,梯度涂层