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1、第33卷第3期東北電力大學(xué)學(xué)報Vo1．33．No．32013年6月JournalofNortheastDianliUniversityJun．，2013文章編號：1005—2992(2013)03—0031—04激光功率對鎂合金組織和性能的影響高亞麗(東北電力大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，吉林吉林132012)摘要：采用激光熔凝技術(shù)可以明顯改善鎂合金表面耐蝕性和耐磨性，討論在不同的激光功率作用下鎂合金組織和性能的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，隨激光功率增加，熔凝層中Al相對含量增加，／比值逐漸增加，熔凝層樹枝晶尺寸增大。熔凝層的硬度、耐磨性和耐蝕性均較原始鎂合金有著顯著提高。當(dāng)
2、激光功率為3kW時熔凝層具有最高硬度和耐磨性。由于第二相及晶粒細(xì)化的綜合作用，導(dǎo)致激光功率為5kW的熔凝層具有最佳耐蝕性。關(guān)鍵詞：激光功率；鎂合金；組織；性能中圖分類號：TG174．44文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A鎂合金是結(jié)構(gòu)材料中最輕的金屬，密度約為鋁合金的2／3，鋼鐵的1／4，用它來制造、代替現(xiàn)役的一些構(gòu)件或零件，可使整個結(jié)構(gòu)的重量大大減輕。由于我國能源緊張、汽車輕型化和環(huán)境要求，用鎂合金代替其中的鋁合金甚至鋼鐵件，將成為鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要拉動力j。此外鎂合金還具有很高的屏蔽電磁干擾的性能；極好的切削加工性能和鑄造性能，用于制作低溫下工作的零件；具有超導(dǎo)性和儲氫性等，因而
3、其應(yīng)用范圍可進(jìn)一步擴(kuò)大到電子、通訊及醫(yī)療等領(lǐng)域j。因此，鎂合金引起了材料界的極大關(guān)注，世界范圍內(nèi)正掀起研究鎂合金的高潮。但是鎂的化學(xué)穩(wěn)定性低，電極電位很負(fù)，耐磨性，硬度及耐高溫性能也較差，這在某種程度上又制約了鎂合金材料的廣泛應(yīng)用’加J，因此如何提高鎂合金的表面性能已成為當(dāng)今材料發(fā)展的重大課題。采用激光表面熔凝技術(shù)可以顯著提高鎂合金表面耐磨蝕性，但隨鎂合金表面所吸收激光能量密度不同，提高幅度有所不同。本論文即采用高功率快速掃描的激光熔凝技術(shù)對鎂合金進(jìn)行表面處理，研究在不同激光功率作用下鎂合金熔凝層組織和性能的變化規(guī)律。1實驗材料及方法實驗材料為鑄態(tài)AZ91HP
4、鎂合金，化學(xué)成份如表1所示，式樣尺寸為15mm×15mm×10mlTl。將試樣置于真空容器中(真空度為10～Pa)，通氬氣保護(hù)，然后采用橫流cO激光器對試樣進(jìn)行熔凝處理。激光熔凝工藝參數(shù)如表2所示。表1ChemicalcompositionofAZ91HPmagnesiumalloy(、『I，【％)收稿El期：2013—01—14基金項目：東北電力大學(xué)博士科研啟動基金(BSJXM一201010)作者簡介：高亞麗(1978一)，女，吉林省德惠市人，博士，東北電力大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授，主要研究方向：鎂合金激光加工第3期高亞麗：激光功率對鎂合金組織和性能的影響33
5、度最大值出現(xiàn)在亞表層，過渡到熱影響區(qū)硬度則陡降，直到鎂合金基體時硬度降為最低。然而隨激光功率的增加，熔凝層硬度呈先增后降的趨勢，這主要由于熔凝層硬度受枝晶細(xì)化程度、硬質(zhì)相一MgA1的含量及其在熔凝層中的分布所影響，通常枝晶越細(xì)小，細(xì)晶強(qiáng)化作用越大；硬質(zhì)相含量越高，沉淀強(qiáng)化作用越高。在本研究中，隨激光功率增加，熔凝層組織逐漸粗化，但硬質(zhì)相盧一MgA1的含量卻逐漸增加，兩者的綜合作用在激光功率為3kW時為最佳，此功率下熔凝層最高硬度約在140—155HK，較原始鎂合金(80HK)約提高90％。激光熔凝鎂合金硬度的提高主要與熔凝過程中快速凝固對鎂合金所產(chǎn)生的強(qiáng)化作用
6、有關(guān)。在激光熔凝過程中，鎂合金所產(chǎn)生的強(qiáng)化機(jī)制主要有細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化。2．2．2耐磨性一般來講，金屬材料對磨粒磨損的抗力與H／E成比例，H為材料硬度，E為楊氏模量。然而，E是對組織不敏感的，金屬抵抗磨粒磨損的能力主要與材Distancefromthesurfaem(mm)料硬度成正比，一般情況下，材料硬度越高，其抗磨H】sg8驀圖4不同功率下熔凝層顯微硬度粒磨損能力也越好。在本研究中，由于熔凝層硬度較原始鎂合金顯著增加，所以熔凝層抗磨粒磨損能力也相應(yīng)提高。熔凝層和原始鎂合金的耐磨性也可通過磨損體積進(jìn)行定量分析比較。由測得的磨痕寬度計算得原始鎂合金和
7、不同功率下熔凝層磨損體積分別為67×10mm。和15—25×10I3mm(圖5)。可見，經(jīng)高功率激光處理后，熔凝層的磨損體積是原始鎂合金的22—37％，耐磨性提高63—78％。熔凝層耐磨性的提高主要是組織細(xì)化所產(chǎn)生的細(xì)晶強(qiáng)化和硬質(zhì)相一MgA1在軟基體一Mg中細(xì)小彌散分布產(chǎn)生的沉淀強(qiáng)化綜合作用的結(jié)果。不同功率下熔凝層磨損機(jī)制均以磨粒磨損為主，熔凝層耐磨性隨激光功率增加的變化趨勢與硬度變化趨勢相一致，即在激光功率為3kW時耐磨性最好，爾后隨激光功率增加，耐磨性降低。2．2．3耐蝕性原始鎂合金和不同功率下熔凝層在3．5wt．％NaC1溶液中浸泡l2小時后的腐蝕速率結(jié)
8、果表明。不同功率下熔凝層腐蝕速率約為原
