镁合金表面激光熔覆纳米三氧化二铝

镁合金由于密度小、比强度高、良好的导电和导热性而成为工业结构工程和运输工具中非常有应用前景的工程材料.但由于镁合金的耐磨性差,成为阻碍镁合金应用与汽车工业或其他工程部件中作为转动部件的一大障碍.为提高镁合金的表面耐磨性.各种表面处理技术应运而生.其中激光表面改性处理技术比较引人瞩目.为提高镁合金的表面耐磨性.采用激光熔覆纳米Al2O3颗粒的办法对ZM5镁合金进行了表面改性处理.激光改性是采用500 W脉冲Nd:YAG熔化预置在ZM5表面的纳米三氧化二铝进行处理的.激光熔覆后,对改性层的显微结构进行了分析.同时对显微硬度与激光加工参数之间的关系以及耐磨性均进行了测试.改性层的显微硬度可以高达350 HV,而基材的显微硬度只有100 HV.激光改性处理层的耐磨性与基材相比也得到了显著的提高.     

镁合金激光表面处理的研究进展

综述了镁合金激光表面处理的研究进展状况,介绍了当前国内外镁合金激光表面处理的几种主要方法,包括激光表面熔凝、合金化、复合强化、熔敷等,阐述了其应用成果,包括提高镁合金表面的硬度和耐磨性,提高镁合金表面的抗腐蚀能力,以及修复镁合金成品件的缺陷部位等,并展望了镁合金激光表面处理今后的发展方向.     

AZ91HP镁合金真空激光熔凝的微观组织与性能

在真空条件下对AZ91HP镁合金进行了激光熔凝处理。研究结果表明,镁合金激光熔凝层均是由α3/Mg和β-Mg17Al12相所构成,且随激光扫描速度的增加,β-Mg17Al12相的相对含量降低。随着激光扫描速度的增加,由于熔凝层组织细化,致使其硬度、耐磨性、减磨性和耐蚀性增加,但因熔凝层中β-Mg17Al12相的相对含量较高,使得激光熔凝层的耐蚀性较镁合金为低。     

镁合金激光表面熔凝技术分析

为了研究不同激光工艺参量对镁合金熔凝层组织和性能的影响,采用高功率快速扫描（13J/mm2～33J/mm2）和低功率慢速扫描（100J/mm2～250J/mm2）两套能量密度相差较大的激光熔凝技术对镁合金表面进行真空激光熔凝处理。结果表明,两套激光工艺处理下熔凝层均由α-Mg和β-Mg17Al12相所组成,但β-Mg17Al12所占的比例在低功率慢速扫描下较高,约为16%;熔凝层组织均为典型的树枝晶,高功率快速扫描熔凝层枝晶尺寸远远小于低功率慢速扫描熔凝层的枝晶尺寸;在高功率快速扫描处理工艺下,熔凝层的硬度、耐磨性分别是低功率慢速扫描处理下熔凝层的1.5倍和3倍;高功率快速扫描处理下熔凝层的耐蚀性也较低功率慢速扫描处理下熔凝层的耐蚀性显著提高。     

低能量密度气体激光熔凝AZ31B镁合金的微观组织与磨损性能

为提高镁合金表面的耐磨性,利用5 kW横流连续CO2激光器在AZ31B镁合金表面采用低能量密度激光能量制备了无裂纹、气孔等缺陷的熔凝层。通过光学显微镜、X射线衍射仪观察分析熔覆层的宏观形貌、微观组织和物相,并利用显微硬度仪、磨损试验机测试熔覆层的显微硬度和耐磨性。研究结果表明:熔覆层由α-Mg和β-Mg17Al12组成,晶粒明显细化。采用低能量密度工艺即激光功率P=2 kW、扫描速度v=15 mm/s、激光能量密度E=26 J/mm2时,晶粒细化程度和β-Mg17Al12强化相综合强化效果最好,即显微硬度最高,为50 HV0.05～79 HV0.05比基体提高了13.64%～64.58%;耐磨性改善程度最好,磨损量是原始镁合金的40%,耐磨性提高60%。说明采用低能量密度且高功率快速扫描的工艺可以获得显微硬度和耐磨性改善程度最高的激光熔凝层。     

镁合金激光表面熔凝技术分析

为了研究不同激光工艺参量对镁合金熔凝层组织和性能的影响,采用高功率快速扫描(13J/mm2～33J/mm2)和低功率慢速扫描(100J/mm2～250J/mm2)两套能量密度相差较大的激光熔凝技术对镁合金表面进行真空激光熔凝处理.结果表明,两套激光工艺处理下熔凝层均由?Mg和?Mg17Al12相所组成,但?Mg17Al12所占的比例在低功率慢速扫描下较高,约为16%;熔凝层组织均为典型的树枝晶,高功率快速扫描熔凝层枝晶尺寸远远小于低功率慢速扫描熔凝层的枝晶尺寸;在高功率快速扫描处理工艺下,熔凝层的硬度、耐磨性分别是低功率慢速扫描处理下熔凝层的1.5倍和3倍;高功率快速扫描处理下熔凝层的耐蚀性也较低功率慢速扫描处理下熔凝层的耐蚀性显著提高.     

镁合金激光表面处理技术的研究进展

镁合金是一种极具发展潜力的轻质结构材料,但镁合金的耐蚀、耐磨性较差成为阻碍镁合金推广应用的重要问题。表面处理是提高镁合金耐蚀、耐磨性能的重要途径。激光表面处理具有非接触加工、能源清洁、热影响区域小、便于自动控制等优点。激光表面熔凝、合金化、复合强化、熔敷等技术在镁合金的防腐、防磨损方面已取得了一定的成果。综述了镁合金的腐蚀问题和激光表面处理提高镁合金耐蚀、耐磨性能的研究现状,提出了存在的问题和研究的方向。     

AZ31B镁合金CO2气体激光熔凝的微观组织与磨损性能

以AZ31B镁合金为对象,对其进行CO2气体激光表面熔凝处理,采用金相观察、X射线衍射分析、硬度测试及摩擦磨损试验等手段,研究了激光熔凝层及原始镁合金的微观组织结构及磨损性能。激光功率P＝3 300 W,扫描速度v＝360 m/s时熔凝层是由α-Mg和β-Mg17Al12组成,且熔凝层的相含量比母材多。熔凝层的微观组织以树枝晶为主,枝晶组织发生了明显的细化。由于细晶强化、固溶强化和析出强化的共同作用,熔凝层的显微硬度提高了大约2倍。原始镁合金的磨损以磨粒磨损和氧化磨损为主,而熔凝层以磨粒磨损为主,熔凝层的耐磨损性能也得到了改善。     

高功率激光熔凝AZ91HP镁合金组织和性能

在真空条件下对AZ91HP镁合金进行了高功率激光熔凝处理。研究结果表明,在高功率激光快速扫描下,熔凝层主要由分布于α-Mg枝晶间的板条状β-Mg17Al12构成,硬质相β-Mg17Al12含量较原始镁合金有所增加。随激光功率增加,熔凝层树枝晶尺寸逐渐增大,且长度方向上的增加幅度约为宽度方向上增加幅度的10倍。由于枝晶细化和β-Mg17Al12的强化作用,与原始镁合金相比,熔凝层的硬度约提高90%左右,耐磨性提高78%,耐蚀性显著提高。     

激光合金表面改性组织的超塑扩散连接特性

将激光表面改性技术和超塑扩散连接技术相结合,提出了一种新的连接技术,在不影响材料整体性能条件下,在材料拟连接表面获取细小的结晶组织,实现了低温、少时和高质量的材料固态连接,对γ-TiAl基合金进行了激光表面快速熔凝处理,原位观察了处理后组织在不同温度保温过程中的组织转变,探讨了不同温度热处理对转变速度的影响和激光表面快速熔凝处理后枝晶组织的细化机制,γ-TiAl基合金激光快速熔凝组织的超塑连接规律.研究表明,激光处理后试样表面熔凝区的组织主要为胞状枝晶组织,经后续热处理可转变为细小的等轴晶粒组织,形成了良好的超塑连接条件.利用该表面组织对试样进行超塑扩散连接,探讨了连接温度、压力和时间对连接效果的影响.表面细化组织试样与整体细化组织试样的超塑连接具有基本相同的连接规律.实验结果表明,在连接温度900℃,连接压力60 Mpa,连接时间1 hr条件下,可以实现试样的超塑扩散连接.(OE20)     

AM50镁合金表面激光熔凝层的组织与耐蚀性能

采用CO2连续激光对AM50镁合金表面进行熔凝处理。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段对熔凝层的组织与成分进行了分析,通过在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电化学极化曲线测试和浸泡实验对激光熔凝层的耐蚀性能进行了检测。激光熔凝处理使镁合金的组织得到高度细化,组织与成分分布更加均匀,β相减少,Al及杂质元素的固溶度增加。极化曲线测试结果表明,激光熔凝表面的腐蚀电位较未处理试样提高了37mV,阳极腐蚀电流密度约降低了一个数量级;浸泡实验结果显示,激光熔凝表面腐蚀坑的出现时间和扩展速率明显慢于未处理试样,激光熔凝处理使镁合金的耐蚀性能有了明显提高。     

镁合金激光熔凝层显微组织分析

采用激光熔凝技术处理镁合金,系统分析了激光熔凝处理后熔凝层组织变化特征。研究结果表明,激光熔凝处理后,熔凝层相组成仍为α-Mg和β-Mg17Al12,其中β相含量较原始镁合金有所提高。熔凝层组织呈明显的树枝晶形貌特征,较原始镁合金晶粒显著细化,且沿熔凝层深度增加,枝晶尺寸逐渐增大。透射电镜分析进一步证明了熔凝层由密排六方结构的α-Mg和体心立方结构的β-Mg17Al12组成,其中β相呈板条状、短柱状和六棱柱状多种形态析出。另外,当激光功率从2 kW增加到5 kW时,熔凝层中β含量和枝晶尺寸均增加,且枝晶长度方向的增加幅度约为宽度方向上增加幅度的10倍。在枝晶细化和沉淀强化综合作用下,熔凝层的耐磨性较原始镁合金有显著提高。     

钛合金激光表面改性技术研究现状

钛合金密度小,比强度高,具有良好的耐蚀性、疲劳抗力,广泛应用于航空航天、国防、汽车、医疗等领域.然而,钛合金摩擦系数高、对粘着磨损和微动磨损非常敏感、耐磨性差及高温抗氧化性差等缺点,制约了它的应用.表面改性技术,尤其是激光表面改性技术为这一问题的解决提供了一条有效的途径,综述了国内外钛合金激光表面改性技术的研究现状,主要介绍了激光熔覆、激光合金化和激光熔凝技术及其在钛合金表面改性中的应用,并对其存在的主要问题及当前的研究热点:激光表面改性工艺参量优化、激光改性过程中裂纹产生机理及裂纹控制、复合激光表面改性技术、纳米改性层、功能梯度改性层、激光原位合成、激光熔覆非晶涂层、超短脉冲激光表面改性以及激光改性过程的数值模拟等进行了讨论.     

激光淬火和加碳熔凝处理对40Cr钢耐磨性的影响

对40Cr分别进行激光表面淬火(相变硬化)和加碳熔凝(白口铁化)处理,加碳熔凝是通过预覆碳层进行的,分析检测了处理后的试样的显微组织、硬度和耐磨性,并将其与普通淬火态试样进行比较.结果表明:(1)激光淬火试样在两种不同磨损条件下均具有比普通淬火更好的耐磨性.(2)经激光表面加碳熔凝处理后,40Cr钢表面可获得抗磨粒磨损能力较高的白口铁薄层(厚约0.1 mm),但白口铁层中存在的残余拉应力以及白口铁层/相变硬化区之间存在的较多的残余奥氏体将使钢的耐磨性在一定程度上受到削弱.(PE11)     

AZ91镁合金激光表面熔凝处理的微观组织变化

为了研究激光处理后镁合金表面组织的变化,采用CO2激光对AZ91镁合金表面以氦气作为保护气体的条件下进行处理,对处理过的试样用光学显微镜进行观察,并用显微硬度计测量其截面的显微硬度值,取得了试样表面和截面的组织照片和沿截面的硬度分布曲线。结果表明,激光处理过的镁合金表面与未经处理的镁合金表面相比晶粒得到了明显的细化,且随着激光扫描速度的降低,晶粒更细,而熔凝层的深度随着速度的增加而减小,同时在细化后的晶粒的晶界上的β相基本上消失,对其截面进行的显微硬度的测量结果显示其硬度相对未处理的试样有明显的提高,且晶粒越小显微硬度值越高,符合Hall-Petch公式。     

NiAl对激光熔凝Ni-P-Al2O3复合镀层性能的影响

利用CO2激光熔凝NiAl/Al2O3化学复合镀层,研究NiAl金属间化合物的加入对复合镀层的性能影响.借助SEM、XRD、摩擦摩损试验机等对激光强化后的复合镀层的成分、组织、结构以及耐磨性能进行了分析.NiAl金属间化合物的加入明显提高复合镀层的表面平整度,对显微组织的细化也起到了一定的作用.激光熔凝后产生的金属间化合物对提高复合镀层的硬度和耐磨性起到重要的作用.复合镀层硬度提高近3倍,而其耐磨性提高50%左右.     

激光合金化改善6061铝合金薄板性能研究

采用YAG激光合金化法对6061铝合金与镍基自熔合金进行合金化处理。考察工艺参数对微观结构、组成、力学性能及合金化析出物的影响,并探讨热流对于氮化物在合金化区域析出演进的过程。研究结果表明：随着电流的增加和扫描速度的降低,激光合金化区域越来越宽且越来越深。从合金表面到基体材料,析出相首先显示为Al₃N,其次是Al₃Ni₂和AlNi,直到合金区和基体材料的交界处存在AlNi相。合金区硬度值随深度逐渐增大,然后急剧减小至接近基体材料硬度。合金区的硬度最高达539 HV,是原基体材料硬度的6倍。     

AM50镁合金激光冲击强化实验研究

为了研究激光冲击强化对镁合金性能的影响,采用钕玻璃脉冲激光(波长1054 nm,脉冲宽度23 ns)对AM50镁合金试样表面进行冲击强化处理,并对其表面形貌、微观组织、显微硬度、残余应力进行实验测试与分析。结果表明,在激光功率密度为3.1 GW/cm2的强脉冲激光作用下,试样表面留下光亮致密的微凹坑,凹坑深约27μm;表层材料发生高应变速率的塑性变形,材料内产生大量位错与孪晶,强化层深度约0.8 mm;冲击区的显微硬度明显增加,表层材料的显微硬度比基体约提高58%;冲击区表面存在残余压应力,数值高达-146 MPa。实验结果表明,激光冲击镁合金的强化效果明显。     

激光参数对Q235B钢激光熔凝层耐蚀性的影响

为探究激光的单脉冲能量密度、光斑重叠率、扫描次数对激光熔凝层耐蚀性的影响规律,首先采用单因素激光熔凝实验法在Q235B钢材表面制备激光熔凝层,然后采用显微镜研究激光熔凝层单位面积内的微裂纹分布,并采用电化学分析方法研究熔凝层自腐蚀电位和自腐蚀电流密度的变化规律。以最大自腐蚀电位和最小自腐蚀电流密度为目标进行激光参数优化,得出单脉冲能量密度为3.82 J/cm²、光斑搭接率为80%和扫描次数为4的激光最佳参数组合。分析表面及切面的X射线能量色散谱和X射线衍射谱发现,最佳激光参数组合下制备的激光熔凝层(最佳激光熔凝层)由内至外的组织为Fe渐变氧化层过渡至以Fe₃O₄-FeO混合结晶为主的Fe稳定氧化层。将最佳激光熔凝层与Q235B钢碱性发黑层的电化学阻抗谱、表面粗糙度、X射线能量色散谱和X射线衍射谱进行对比后发现,最佳激光熔凝层的耐蚀性约为碱性发黑层的3倍,这得益于熔凝层中Fe稳定氧化层更低的表面粗糙度和微裂纹密度、更少的氧化漏点以及可防止过度氧化的特点。     

镁合金表面激光熔覆Al-Si基纳米SiC复合涂层的组织及性能

纳米材料由于其结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,为了将纳米材料的优异性能应用到镁合金表面改性当中,利用横流CO₂激光器在AZ31B镁合金基体上制备了Al-Si合金粉末+5%纳米SiC粉末复合涂层,采用光学显微镜、扫描电子显微镜观察了熔覆层的显微组织并分析了微区成分分布情况,激光熔覆层与基体结合良好,熔覆层的显微组织具有明显的结构特征,出现了大量的十字架结构。X射线衍射结果表明,激光熔覆层的组成相主要为Mg₂Si、Mg₂C₃、Mg₁₇Al₁₂、A_l3.21Si_0.47等。利用显微硬度仪进行了硬度测试,由于在激光熔覆过程中新形成的化合物起到了强化作用,熔覆层的最高显微硬度可达216 HV0.2,是基体的3倍多。