AZ31B鎂合金表面激光熔覆研究.pdf

1、鎂合金是最輕的結(jié)構(gòu)材料之一，具有較高的比強(qiáng)度、比剛度以及良好的穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性、耐沖擊性、易回收等優(yōu)勢(shì)，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”，廣泛應(yīng)用于3C（計(jì)算機(jī)、通訊及電子產(chǎn)品）、汽車、航空航天及現(xiàn)代兵器工業(yè)領(lǐng)域。然而鎂合金耐磨性和耐蝕性差，極大地限制了其優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。激光表面改性技術(shù)是提高鎂合金耐磨性和耐蝕性的有效途徑，因此成為研究的重點(diǎn)。
　　本文分別采用CO2激光與Nd:YAG激光在AZ31B鎂合金表面熔覆Al涂層，研究了激光工藝

2、參數(shù)對(duì)熔覆層形貌以及熔深、熔寬的影響，分析了所得熔覆層的顯微組織及耐蝕性，并優(yōu)化工藝參數(shù)；為了進(jìn)一步增強(qiáng)鎂合金表面的耐磨性，在其表面嘗試熔覆添加陶瓷增強(qiáng)相的Al+Al2O3涂層，觀察熔覆層的宏觀形貌及顯微組織，測(cè)試并分析其硬度、耐磨性以及耐蝕性。研究得出以下結(jié)論：
　　(1)采用CO2激光（激光功率P=3000w，掃描速度v=200mm/min）熔覆涂覆厚度為0.8mm的Al涂層時(shí)，得到了與鎂合金基體結(jié)合良好的熔覆層；熔覆層熔深和

3、熔寬隨著掃描速度減小、激光功率增大而增加。熔覆層由α-Al、β-Mg17Al12和Mg2Al3相組成，從熔覆層底部到表面，晶粒尺寸逐漸減小。熔覆層的硬度可達(dá)151HV0.05，較基體提高2-3倍；熔覆層腐蝕電位由基體的-1558mV提高到-1338mV，自腐蝕電流密度由9.68μA/cm2降低到0.54μA/cm2，耐蝕性顯著提高。
　　(2)采用正交實(shí)驗(yàn)得知，Nd:YAG激光熔覆Al涂層時(shí)的最優(yōu)激光參數(shù)為：電流I=220A，激光

4、脈寬t=3.5ms，掃描速度V=250mm/min。熔覆層主要由α-Al、β-Mg17Al12和Mg2Al3相組成。熔覆層的頂部硬度最高為150HV0.05，中部為143HV0.05，較基體硬度(55HV0.05)得到了顯著提高；熔覆層自腐蝕電位較鎂合金基體正移了186mV，自腐蝕電流密度減小到0.79μA/cm2，耐蝕性有了明顯提高。
　　(3)在本實(shí)驗(yàn)條件下，在鎂合金基體上熔覆Al+Al2O3涂層，Al2O3陶瓷顆粒含量為5％

5、時(shí)熔覆層成型最好，隨著其含量的增加，熔覆層的缺陷增多；熔覆層由β-Mg17Al12、Mg2Al3、Al2O3以及α-Al相組成；熔覆層結(jié)合區(qū)主要由β-Mg17Al12、α-Mg組成。
　　(4) Al+Al2O3熔覆層的硬度較基體提高了3-4倍，較Al熔覆層提高了約75HV0.05；磨損量較基體都減少了44%以上。熔覆層的磨損特征以磨粒磨損為主，基體則是磨粒磨損與黏著磨損共同作用。含10%Al2O3熔覆層腐蝕電位最高，為-1359