Compozitul cu matrice metalică posedă o rezistență sporită la uzură mai mare decât cea a substratului de bază sau a matricei. Însă, fracțiunea de volum a armăturii este limitată, deoarece o cantitate substanțial mai mare de armătură reduce duritatea. Dezvoltarea stratului compozit pe suprafață prin mijloace convenționale este extrem de dificilă. Topirea cu laser a substratului și introducerea ulterioară a particulelor ceramice în matricea topită este un mijloc eficient de dezvoltare a stratului compozit pe suprafață printr-un proces numit tratarea suprafeței compozit cu laser. Au fost făcute mai multe încercări pentru a dezvolta un strat compozit pe matrice metalică prin această tehnică (Dutta și Manna 2011). S-a încercat să se dezvolte o suprafață dispersată cu borură de titan de dimensiuni submicronice pe un substrat din oțel inoxidabil AISI 304 prin topirea suprafeței substratului din oțel inoxidabil AISI 304 sablat cu nisip folosind un laser CO2 cu undă continuă și depunerea simultană a unui amestec de K2TiF6 (hexafluorură de titan de potasiu) și KBF6 (hexafloroborat de potasiu) (în raport de greutate de 2:1) la un debit de 4 g/min folosind Ar ca mediu de acoperire (Dutta și Manna 2011). Microduritatea suprafeței a fost îmbunătățită la 250–350 VHN în comparație cu 220 VHN a substratului din oțel inoxidabil AISI 304 și s-a constatat că variază în funcție de parametrii laserului. Microduritatea îmbunătățită a stratului compozit este atribuită atât rafinării granulelor, cât și consolidării dispersiei. Insă, parametrii laser ar trebui controlați cu precizie pentru a obține o microduritate îmbunătățită a stratului compozit. Un comportament detaliat la uzură al oțelului inoxidabil AISI 304 as-received și cu tratarea suprafeței compozit cu laser față de bilele de oțel călit arată că rata de uzură este mai mică în oțelul inoxidabil AISI 304 cu suprafață compozită tratată cu laser în comparație cu cel as-received. O investigație detaliată a suprafeței după uzură arată că mecanismul de uzură a fost în principal o combinație de adeziv și abraziv în oțelul inoxidabil as-received, însă, predominant abraziv pentru oțelul inoxidabil tratat la suprafață compozită cu laser. Observații similare s-au observat și la suprafața de Al aliat cu borură de titan cu laser (Dutta și Manna 2011). În trecut, au fost făcute mai multe încercări de a dezvolta o suprafață compozită cu matrice metalică dispersată în ceramică pe substrat din oțel inoxidabil prin alierea suprafeței cu laser (Dutta și Manna 2011). Însă o umectabilitate slabă a particulelor ceramice în matricea metalică necesită aplicarea unui liant pentru îmbunătățirea rezistenței legăturii particule-matrice. S-a raportat că dispersia particulelor ceramice pe bază de carbură (WC, Cr2C3, SiC, TiC) pe oțel inoxidabil austenitic UNS S31603 îmbunătățește considerabil caracteristicile de eroziune prin cavitație ale specimenelor modificate la suprafață în soluție de NaC1 3,56 % (Cheng et al. 2001). St-Georges (2007) a studiat efectul placării suprafeței cu laser cu Ni-Cr-WC asupra rezistenței la uzură a substratului de oțel (AISI 1020, Fe + 0,2C, % în greutate). În trecut, alierea cu laser a suprafeței oțelului inoxidabil AISI 304 cu WC, Ni, și NiCr s-a raportat că dezvoltă o microstructură fără defecte și omogenă în condiții optime de procesare (Anandan et al. 2012). S-a observat că parametrii laser au jucat un rol crucial în determinarea microstructurilor zonei aliate. S-a constatat că microduritatea medie a zonei aliate a fost îmbunătățită la 700–1.350 VHN (cu parametru laser) în comparație cu 220 VHN a oțelului inoxidabil γ as-received. S-a observat că aplicarea vitezei de scanare scăzute a dezvoltat o microstructură gradată.

Figura 20 prezintă micrografiile electronice cu scanare (FESEM) ale suprafeței superioare a oțelului inoxidabil AISI 304 aliat la suprafață cu laser utilizând un laser Nd:YAG de 5 kW cu fibre optice cu undă continuă (CW) (cu un diametru al fasciculului de 3 mm) prin alimentarea simultană a 70WC-15Ni-15NiCr în baia topit (la o viteză de alimentare cu pulbere de 10 g/s) cu o putere de 1,5 kW și viteza de scanare de 0,008 m/s folosind Ar ca mediu de acoperire (la un debit de 5 l/min). Din Fig. 20 este evident că, în microstructură, WC parțial dizolvat în matrice rafinată a particulelor cu precipitate de carburi secundare precum M23C6 (M = Cr, Ni, Fe și W) (ceea ce este confirmat prin analiza de difracție cu raze X) iar amestecul eutectic de oțel austenitic (Fe–Ni–Cr) și M23C6 sunt prezente. Diferitele carburi detectate prin analiza EDS sunt etichetate în Fig. 20. Un studiu detaliat al efectului parametrilor procesului asupra microstructurilor a fost raportat în altă parte (Anandan et al. 2012).

Figura 21 prezintă comportamentul la uzură al oțelurilor inoxidabile AISI 304 (a) as-received și aliate cu laser la suprafață cu (b) 1,50 kW, 0,016 m/s, (c) 1,50 kW, 0,008 m/s și (d) 2,00 kW, 0,008 m/s, respectiv față de bila WC la o sarcină aplicată de 10 N și sub mișcare de fretting (la o frecvență de 10 Hz) în termeni de adâncime cumulată a uzurii în timp. Din Fig. 21 este evident că există o îmbunătățire semnificativă a proprietății de rezistență la uzură a probelor aliate la suprafață cu laser (curbele b-d) în comparație cu cea as-received (curba a). Mai mult, parametrii laserului joacă, de asemenea, un rol important în determinarea gradului de uzură. O observare atentă a diferitelor curbe din Fig. 21 dezvăluie, de asemenea, că, în cazul oțelului inoxidabil AISI 304, as-received, cinetica vitezei de uzură inițială este mai mare în comparație cu starea suprafeței compozite tratate cu laser, care este atribuită durificării suprafețelor datorită alierei suprafeței cu laser și, prin urmare, gradului mai mic de uzură abrazivă și prin fretting.
Parametrii laserului joacă un rol important în determinarea ratei de uzură. Se observă că efectul vitezei de scanare este mai semnificativ în contribuția la rata de uzură în comparație cu puterea aplicată. Proprietatea de rezistență la uzură este îmbunătățită atunci când viteza de scanare este redusă, ceea ce se datorează în principal durității sporite a zonei aliate obținute din cauza creșterii fracției de suprafață a particulelor de WC în microstructură (curba b față de curba c). Creșterea puterii aplicate reduce cinetica uzurii la starea inițială, însă, în starea de echilibru, puterea crescută nu provoacă nicio modificare semnificativă a valorii uzurii în starea de echilibru. Scăderea vitezei de uzură la nivel de putere ridicat se datorează, probabil, disocierii WC la nivel de putere mare și redistribuirii acestuia pentru omogenizarea microstructurii și formarea unei fracțiuni de volum mai mare de carburi secundare (Anandan et al. 2012).

Figura 22 prezintă variația coeficientului de frecare cu numărul de cicluri pentru (a) oțeluri inoxidabile AISI 304 as-received și aliate la suprafață cu laser cu (b) 1,50 kW, 0,016 m/s, (c) 1,50 kW, 0,008 m/s , (d) 2,00 kW, 0,008 m/s, respectiv față de bila WC la o sarcină aplicată de 10 N și sub mișcare de fretting (la o frecvență de 10 Hz) obținută prin testarea uzurii. Din Fig. 22 se poate observa că coeficientul de frecare este foarte mare inițial atât pentru probele as-received, cât și pentru cele aliate la suprafață cu laser, ceea ce este atribuit unei legături adezive puternice formate între suprafețele de împerechere. În urma unei valori inițiale ridicate, coeficientul de frecare scade posibil din cauza dislocării materialelor de pe suprafața uzată și, ulterior, acoperind interfețele dintre suprafețele de întâlnire și acționând ca lubrifiant. În proba aliată la suprafață cu laser, coeficientul de frecare atinge ulterior valoarea la starea de echilibru. Însă, în inoxidabilul AISI 304 există o creștere suplimentară a coeficientului de frecare de la 0,5 la 0,55, după care se ajunge la starea staționară. Creșterea coeficientului de frecare pentru a doua oară în oțelul inoxidabil AISI 304 as-received este atribuită deteriorării suprafeței și asperității acesteia din cauza acțiunii de fretting. Din Fig. 22 se observă, de asemenea, că coeficientul de frecare în starea de echilibru este semnificativ mai mic în probele aliate la suprafață cu laser în comparație cu cele as-received, ceea ce este atribuit durității sale mari (Anandan et al. 2012). În această privință, este, de asemenea, relevant să rețineți că viteza de scanare crescută reduce coeficientul de frecare în regim de echilibru, care este posibil din cauza durității crescute la viteza de scanare redusă. Pe de altă parte, creșterea puterii nu contribuie semnificativ la coeficientul de frecare la starea de echilibru.

Tabelul 1 rezumă parametrii de coroziune ai oțelurilor inoxidabile AISI 304 as-received și aliate la suprafață cu laser derivați din studiul de polarizare potențiodinamică într-o soluție NaCI de 3,56 wt%. Din tabelul 1 este evident că tratarea suprafeței compozit cu laser deplasează potențialul de coroziune către direcția mai nobilă, care este atribuită prezenței Cr și Ni în soluție cu oțel inoxidabil AISI 304, prin urmare, cresc proprietățile de rezistență la coroziune. Aplicarea vitezei de scanare foarte scăzute crește fracția de WC din matrice, ceea ce poate crește probabilitatea unui atac galvanic la interfață și, prin urmare, face ca matricea să fie predispusă la coroziune. Pe de altă parte, există o reducere semnificativă a vitezei de coroziune atunci când se aplică o viteză de scanare mai mare. Comparația potențialului de formare a gropii (Epit1) arată că Epit1 se deplasează către o direcție mai nobilă pentru probele aliate la suprafață cu laser și este mai semnificativ când se aplică o viteză de scanare mai mare. Prin urmare, poate fi concluzionat că rezistența la coroziune prin pitting este îmbunătățită datorită alierii suprafeței cu laser datorită prezenței a mai mult Cr și Ni în soluție și omogenizarea microstructurală. Prezența carburilor poate avea o influență dăunătoare în proprietatea de rezistență la coroziune deoarece proprietatea de rezistență la coroziune este crescută cu reducerea conținutului de carburi în zona aliată. Un studiu sistematic al efectului parametrilor laser privind comportamentul la coroziune arată totuși că o îmbunătățire maximă a rezistenței la coroziune se realizează atunci când este aplicat un laser cu o putere de 2 kW și viteza de scanare de 0,030 m/s.

Într-un alt efort, a fost efectuată alierea cu laser a suprafeței de oțel inoxidabil AISI 304 folosind un laser Nd:YAG cu undă continuă (CW) cu fibră optică de 5 kW (cu diametrul fasciculului de 3 mm) prin alimentarea simultană cu WC-Co-NiCr (în raport de greutate 20:40:40) în baia topită (la o viteză de alimentare cu pulbere de 10 g/s) și folosind Ar ca mediu de acoperire (la un debit de 5 l/min). Figura 23 arată micrografia electronică cu scanare a suprafeței superioare a oțelului inoxidabil AISI 304 aliat cu WC–Co–NiCr la suprafață cu laser cu o putere de 0,75 kW, viteza de scanare de 0,012 m/s. Din fig. 23 se poate observa că microstructura zonei aliate constă în prezența granulelor mari (cu dimensiuni cuprinse între 5 și 7,5 μm) cu foarte fine subgranule cu dimensiunea medie a granulelor 0,25–0,5 μm. În plus, există prezența de precipitate foarte fine de nano-dimensiuni de carburi dispersate aleatoriu în interiorul granulelor. Puține precipitate de carbură sunt, de asemenea, observate de-a lungul regiunii granițelor dintre granule. Fracția zonei de carbură precipitată în interiorul granulelor a fost de asemenea redusă prin aplicarea puterii mai mari. Morfologia microstructurii a fost schimbată de la echiaxial la celulară, când puterea aplicată era mai mare. Analiza detaliată a profilului de difracție de raze X din zona aliată arată că există faze WC, W2C, M23C6 în matricea de austenită, s-a constatat că fracția de masă a fazei individuale variază în funcție de parametrul laserului.

Figura 24 prezintă profilul micro durității cu adâncimea de la suprafața aliată în AISI 304 cu WC–Co–NiCr cu laser cu o putere de (a) 2,5 kW, viteza de scanare 0,012 m/s; (b) 2,5 kW, viteza de scanare 0,016 m/s și (c) 2,0 kW, viteza de scanare 0,012 m/s. Din fig. 24 se poate observa că există o îmbunătățire a durității de la 250 VHN la 320 VHN datorită alierii suprafeței cu laser. În plus, o duritate maximă se realizează la suprafață care scade treptat cu adâncimea de la suprafaţă. Scăderea microdurității este atribuită îngroșării microstructurii cu creșterea în adâncime și, de asemenea, datorită scăderii fracției de masă a precipitatelor cu profunzimea. O comparație a valorilor microdurității cu parametrul procesului arată că parametrii laser au o influență marginală asupra durității și distribuției sale. Cu o creștere a vitezei de scanare și o scădere a puterii aplicate, există a îmbunătățirea marginală a valorii microdurității.