鎂合金表面激光熔覆Cu-Zr-Al合金涂層.pdf

1、鎂合金因其密度低、極高的比強度和比剛度、良好的機械加工性能、優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性、良好的機械減震性能及電磁屏蔽性能而被譽為21世紀理想的工程材料。但鎂合金高的化學活性和低的力學性能限制了其應用。為此，本文采用激光熔覆技術在AZ91HP鎂合金表面制備了Cu-Zr-Al合金涂層，以此提高鎂合金表面的力學和降低化學性能。基于團簇線判據，優(yōu)化設計Cu-Zr-Al非晶合金成分的基礎上，采用電弧熔煉法將高純度Cu、Zr、Al合金元素按最佳非晶成分Cu5

2、8.1Zr35.9Al6熔煉成母合金，經球磨制成粒度為200目的合金粉末，以此作為涂層材料。采用寬光束和單光束兩種激光模式在AZ91HP鎂合金表面制備了Cu-Zr-Al合金涂層，并利用現代微觀分析技術和性能檢測手段，對合金涂層微觀組織結構、性能特征及其隨工藝參數的變化規(guī)律進行了系統分析。 實驗結果表明，寬光束激光熔覆Cu-Zr-Al合金涂層主要是由ZrCu、Cu8Zr3、Cu10Zr7和Cu51Zr14金屬間化合物所構成，其中Z

3、rCu相呈連續(xù)網狀分布于由Cu8Zr3和Cu10Zr7相所構成的灰色區(qū)周圍。熔覆區(qū)和熱影響區(qū)之間呈現出非平直界面結合特征。熱影響區(qū)為典型的α-Mg+β-Mg17Al12樹枝晶共晶組織，且樹枝晶延伸方向同熔池對流和溫度梯度有關。由于合金涂層多種金屬間化合物的增強作用，致使合金涂層具有高的硬度、彈性模量、耐磨性和耐蝕性能。在單光束激光模式下，由于激光熔覆區(qū)高的加熱和冷卻速率，致使Cu-Zr-Al合金涂層顯微組織發(fā)生明顯變化。XRD分析表明，

4、合金涂層主要是由非晶、Cu10Zr7和Cu8Zr3相所構成，且隨著掃描速度增加，涂層中非晶相含量逐漸增加，其最高可達60﹪。利用謝勒公式對XRD衍射譜進行計算分析得知，涂層中晶化相的晶粒尺寸主要介于15nm-60nm之間。合金涂層在腐蝕劑侵蝕下其顯微組織呈現出無襯度形貌特征。涂層結合區(qū)與基體之間的結合形態(tài)為非平直晶面型；熱影響顯微組織與掃描速度密切相關。當掃描速度低于某一臨界值時，熱影響區(qū)組織為樹枝狀α-Mg+β-Mg17Al12共晶組