鋁合金表面激光熔覆鋁釔合金涂層的組織與性能研究

《鋁合金表面激光熔覆鋁釔合金涂層的組織與性能研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、鋁合金表面激光熔覆鋁輪合金涂層的組織與性能研究摘要：筆者將對(duì)鋁合金表層激光熔覆的工藝以及原料配方等實(shí)施解析，并在鋁合金表層制備了有著上佳冶金效果的鋁輪合金涂層。運(yùn)用掃描電子顯微鏡、X射線衍射以及顯微硬度等設(shè)備或數(shù)據(jù)來解析熔覆層的組織以及特性。通過實(shí)踐證實(shí)：熔覆層中的成分以及硬度分布相對(duì)勻稱，物相構(gòu)成元素是Al、A12NI6Y3以及A13Ni2相。關(guān)鍵詞：鋁合金；激光熔覆；合金涂層；組織；特性DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.031鋁合金因?yàn)槊芏鹊?、熱膨脹系?shù)小、比模

2、數(shù)以及強(qiáng)度-重量比大等先天優(yōu)勢(shì)，多用于光學(xué)精密設(shè)備、慣性元件、動(dòng)力設(shè)備活塞、直升機(jī)起落架、彈殼、導(dǎo)彈鑲嵌構(gòu)造、汽車車身等方面。1試驗(yàn)原料以及模式基底原料采用2024,我國將其稱為2A12,類似于LY12,常規(guī)使用的板材標(biāo)準(zhǔn)是AMS-QQ-A-250/4（非包鋁）；AMS-QQ-A-250/5（包鋁）。2024的合金元素是Cu,還被叫做硬鋁，有著極佳的強(qiáng)度和優(yōu)秀的切削加工特性，然而抗銹蝕性不甚理想。普及使用于飛機(jī)構(gòu)造（蒙皮、骨架、肋梁、隔框等）、卯樺結(jié)構(gòu)、導(dǎo)彈元件、汽車輪轂、螺旋槳零件和它類的構(gòu)造領(lǐng)域，是Al

3、-Cu-Mg系。于表層使用華工激光的JKR5130A類5kw連續(xù)C02激光設(shè)備實(shí)施激光熔覆，對(duì)熔覆層實(shí)施同工藝以及同環(huán)境的重熔。實(shí)驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)：激光功率3.8千瓦；光斑直徑5毫米；掃描速率10毫米/秒；保護(hù)氣化物是Ar；流量5-6升/分。使用激光熔覆以后，熔化區(qū)深度達(dá)到1.32毫米；熔覆層厚度達(dá)到1.555毫米；稀釋度達(dá)到45.9%O依激光掃描道的垂向位置獲取橫斷面并制備金相,通過掃描電子顯微鏡以及能譜儀測(cè)定熔覆層的構(gòu)造情況等等，并通過能譜儀解析，使用X射線衍射儀解析涂層物相；另外，通過HX-500顯微硬度

4、計(jì)測(cè)定涂層斷面的顯微硬度，試驗(yàn)載荷維持在1.96N,保壓時(shí)間是15秒。2試驗(yàn)成果以及解析2.1組織構(gòu)造以及能譜解析通過研究樣本從熔覆層底端到表層的掃描電子顯微鏡背散射簡圖，熔覆層展示出顯著的明暗區(qū)別，較亮的區(qū)域與較暗的區(qū)域間有一定的灰色地帶。從圖la能夠發(fā)現(xiàn)，熔覆層和基體的融合部有著顯著的外延生長枝晶，這說明熔覆層和基體能夠通過冶金熔合。對(duì)比lb、1C以及Id,從熔覆層底端到表層，較暗的區(qū)域增多，較亮的區(qū)域變少。較暗區(qū)域從圖lb內(nèi)的不勻稱細(xì)粒型轉(zhuǎn)變?yōu)閳DId內(nèi)的大塊形。在熔覆層與基體的融合不又產(chǎn)生了暗區(qū)增加的

5、現(xiàn)象。（參考圖la）熔覆層線掃描方位結(jié)果說明：因?yàn)槿鄹搽A段內(nèi)區(qū)域偏析的原因，從熔覆層邊沿到核心，區(qū)域視角下成分未達(dá)到勻稱狀態(tài)，熔覆金屬以柱狀晶的態(tài)勢(shì)變大，把過飽和溶質(zhì)注入熔池核心部位，核心位置溶質(zhì)濃度逐步攀升，讓最終凝結(jié)的位置產(chǎn)牛極大的偏析。所以，鋁元素橫向分布定律作用下，其顯示出拋物線的分布態(tài)勢(shì)。通過觀測(cè)掃描結(jié)果圖，熔合區(qū)的A1元素劇增，說明熔化的A1合金對(duì)熔覆層形成了稀釋；這類稀釋完成了熔覆層與基體的冶金熔合。鋁輪的橫向分布定律與A1相類，然而試驗(yàn)中微小的Y以及Ni粉，在激光的照射下熔化，并因?yàn)槊芏缺蠕X

6、合金熔液大而沉積到熔池底端。因此通過對(duì)縱方向的成分掃描成果來說，在熔覆層上端的疏松結(jié)構(gòu)內(nèi),Y以及Ni的數(shù)量相對(duì)不多，在熔覆層底端的Y與Ni數(shù)量較多。然而其和基體熔合區(qū)因?yàn)榛牡南♂尡容^明顯，相對(duì)含量會(huì)下降。所以，Y以及Ni匯集在熔覆層中端或下端。熔覆層掃描方位中表層、中央位置、根部的面掃描成果顯示：熔覆層各個(gè)部位都產(chǎn)生了微量氧氣、Mg以及銅等，這事因?yàn)榧す馊鄹搽A段形成了微小的氧化,基材的Mg與銅熔化后會(huì)在熔池內(nèi)產(chǎn)生位移，和熔覆原料融合，讓基體和熔覆層形成冶金狀態(tài)。對(duì)熔覆層成分含量進(jìn)行解析能夠看到：熔覆層各位

7、置成分分布較為勻稱。因?yàn)殇X的密度偏低，熔化后快速浮起，稀釋熔覆合金；所以，A1元素的比例從以往的80%攀升到88%之上。熔覆層底端和基材碰觸，稀釋度較高。通過上述解析得出：熔覆層掃描成果與線掃描成果基本符合，得到激光熔覆鋁鎧合金涂層的成分分布的組織與特性。2.2熔覆層物相解析通過對(duì)激光熔覆層中的電子顯微鏡對(duì)應(yīng)的點(diǎn)掃描成果的解析，筆者發(fā)現(xiàn)熔覆層中較亮區(qū)域與較暗區(qū)域都摻雜了Al、Y以及Ni,通過對(duì)比其成分元素，發(fā)現(xiàn)較暗區(qū)域的鋁元素比較亮區(qū)域的為多，通常是鋁元素為主要元素的化合物；較亮區(qū)域Y與Ni元素較多，是以Y

8、與Ni為主要元素的化合物匯集區(qū)域。而通過對(duì)比熔覆層XRD的衍射圖像，并參照Al-Ni-Y相圖以及對(duì)電子顯微鏡掃描成果的解析，能夠看出熔覆層中有著Al、A12Ni6Y3>A13Ni2三類相。因?yàn)槿诤虾辖饍?nèi)A1元素較多，所以大批的純度極高的A1凝結(jié)；此時(shí)金屬熔覆層的相散布規(guī)律應(yīng)該是：富A1相；A12Ni6Y3>A13Ni2相通常位于枝晶間。就是說這部分熔覆合金相有可能在枝晶衍牛的流程中被排除到枝晶縫隙;抑或沒有遭排除