激光表面合金化的研究進(jìn)展及其應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-01-17 03:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 2相)。GALUN等在激光束輻照基體表面產(chǎn)生熔池的同時，向熔池內(nèi)加入合金元素粉末，同時采用氬氣對熔池進(jìn)行保護(hù)，獲得的改性層厚700μm～1200μm，合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)0．15—0．55，組織均勻細(xì)密，改性層由過飽和固溶體和硬度較高的金屬間化合物組成。研究表明，加入適量的合金元素Al，Cu，Ni和Si可使改性層的硬度和耐磨性得到顯著提高。加入銅使鎂合金耐磨性的提高效果最為顯著，改性層硬度達(dá)250HV，材料的耐磨性得到顯著提高，但由于第2相M92Cu對電化學(xué)腐蝕的加速作用，材料的腐蝕嚴(yán)重。加入合金元素鋁，對鎂合金的耐蝕性的提高效果最好，一方面由于Al的增加使表面膜更加穩(wěn)定，另一方面由于Al與Mg形成的金屬間化合物含量較高時，將呈網(wǎng)狀分布，對腐蝕起有效的屏障作用，可使鎂合金的耐蝕性大大提高。但由于Al與Mg形成的金屬間化物較脆，因此加入過量的Al對鎂合金耐磨性的提高效果并不理想。研究表明，隨著合金元素含量的增加，改性層硬度增加，但合金了亡素與鎂形成的金屬間化合物一般較脆，加入過量的合金元素，容易造成金屬間化合物的脫落，反而會使材料耐磨性下降。激光功率太小或掃描速度過高時，合金粉末難以與基體充分熔合生成均勻的合金層。另外，由于表面材料在凝固和冷卻過程中的收縮，隨著改性層內(nèi)較脆的金屬間化物的增加容易在改性層內(nèi)產(chǎn)生裂紋，選擇合適的工藝參數(shù)和進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可減少改性層內(nèi)的裂紋。鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、抗腐蝕性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在航空、航天、冶金、化工等工業(yè)部門具有重要的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景。但鈦合金存在耐磨性能差等缺點(diǎn)，限制了它在運(yùn)動構(gòu)件中的使用。近年來，采用激光熔覆的方法提高鈦合金耐磨性的研究已有許多報道。孫建軍[7]過采用CO2激光對TC4合金進(jìn)行TiN表面合金化處理，探討了激光功率對合金化層組織和硬度的影響。結(jié)果表明，激光合金化試樣存在組織不同的三個區(qū)域，分別為TiN合金化層，基底熔凝層和淬火層。TiN合金化層由鈦合金基體和TiN組成，其中TiN呈現(xiàn)顆粒和樹枝晶兩種形態(tài)。基底熔凝層為定向生長的柱狀晶，基底淬火層為針狀馬氏體。TiN激光合金化層的硬度在700～1100HV之間，約為阻合金的2～4倍。鑄造鋁合金由于具有低密度 高比強(qiáng) 熱導(dǎo)率高延展性能和耐腐蝕性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn) 在汽車 航空等工業(yè)部門中獲得廣泛的應(yīng)用 但是 由于傳統(tǒng)的鋁合金硬度低 耐磨性差等因素極大地限制了鑄造鋁合金的應(yīng)用 鋁不具有同素異形轉(zhuǎn)變 所以不能像鐵碳合金一樣通過固態(tài)相變來提高鋁合金的硬度 為了提高鋁合金的硬度 除了從冶金方面添加合金元素的途徑來達(dá)到之外 還可以通過表面改性來實現(xiàn) 鋁合金的表面改性 或者叫做表面處理 包括合金化 熔覆等工藝 例如激光合金化 激光熔覆等 鋁合金的激光表面合金化是指在激光光源的輻照下將Fe、Ni、Cr、B、Si等合金元素熔入鋁合金基體 形成與基體具有優(yōu)異冶金結(jié)合性能的合金化層 由于Fe—Ni等合金化元素與Al形成細(xì)小彌散分布的金屬間化合物強(qiáng)化相 達(dá)到提高鋁合金表面硬度 改善耐磨性能的目的 由于激光能量的可控性好 合金化層與基體的結(jié)合性能好等優(yōu)點(diǎn) 因此 激光表面合金化得到廣泛的研究和應(yīng)用[8,9]周龍早等[10]將NiCr合金粉末用有機(jī)粘接劑調(diào)成膏狀涂在鑄造鋁合金ZL108基體上，然后采用CO2激光進(jìn)行激光表面合金化處理。通過選擇合理的工藝參數(shù)，在基體表面獲得冶金結(jié)合性能良好的合金化層，利用光學(xué)顯微鏡掃描電鏡 、能譜儀、X射線衍射儀對合金化層的顯微組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的研究。結(jié)果表明，合金化層由NiAl金屬間化合物組成，并且呈點(diǎn)狀、彌散分布在AlSi共晶基體上。合金化層的顯微硬度可達(dá)到230HV左右，比基體材料提高大約3倍，,耐磨性比基體提高2倍左右。王華明等[11]對SiC
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