铝合金表面激光熔覆铝钇合金涂层的组织与性能研究

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1、铝合金表面激光熔覆铝轮合金涂层的组织与性能研究摘要：笔者将对铝合金表层激光熔覆的工艺以及原料配方等实施解析，并在铝合金表层制备了有着上佳冶金效果的铝轮合金涂层。运用扫描电子显微镜、X射线衍射以及显微硬度等设备或数据来解析熔覆层的组织以及特性。通过实践证实：熔覆层中的成分以及硬度分布相对匀称，物相构成元素是Al、A12NI6Y3以及A13Ni2相。关键词：铝合金；激光熔覆；合金涂层；组织；特性DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.031铝合金因为密度低、热膨胀系数小、比模

2、数以及强度-重量比大等先天优势，多用于光学精密设备、惯性元件、动力设备活塞、直升机起落架、弹壳、导弹镶嵌构造、汽车车身等方面。1试验原料以及模式基底原料采用2024,我国将其称为2A12,类似于LY12,常规使用的板材标准是AMS-QQ-A-250/4（非包铝）；AMS-QQ-A-250/5（包铝）。2024的合金元素是Cu,还被叫做硬铝，有着极佳的强度和优秀的切削加工特性，然而抗锈蚀性不甚理想。普及使用于飞机构造（蒙皮、骨架、肋梁、隔框等）、卯樺结构、导弹元件、汽车轮毂、螺旋桨零件和它类的构造领域，是Al

3、-Cu-Mg系。于表层使用华工激光的JKR5130A类5kw连续C02激光设备实施激光熔覆，对熔覆层实施同工艺以及同环境的重熔。实验过程的数据：激光功率3.8千瓦；光斑直径5毫米；扫描速率10毫米/秒；保护气化物是Ar；流量5-6升/分。使用激光熔覆以后，熔化区深度达到1.32毫米；熔覆层厚度达到1.555毫米；稀释度达到45.9%O依激光扫描道的垂向位置获取横断面并制备金相,通过扫描电子显微镜以及能谱仪测定熔覆层的构造情况等等，并通过能谱仪解析，使用X射线衍射仪解析涂层物相；另外，通过HX-500显微硬度

4、计测定涂层断面的显微硬度，试验载荷维持在1.96N,保压时间是15秒。2试验成果以及解析2.1组织构造以及能谱解析通过研究样本从熔覆层底端到表层的扫描电子显微镜背散射简图，熔覆层展示出显著的明暗区别，较亮的区域与较暗的区域间有一定的灰色地带。从图la能够发现，熔覆层和基体的融合部有着显著的外延生长枝晶，这说明熔覆层和基体能够通过冶金熔合。对比lb、1C以及Id,从熔覆层底端到表层，较暗的区域增多，较亮的区域变少。较暗区域从图lb内的不匀称细粒型转变为图Id内的大块形。在熔覆层与基体的融合不又产生了暗区增加的

5、现象。（参考图la）熔覆层线扫描方位结果说明：因为熔覆阶段内区域偏析的原因，从熔覆层边沿到核心，区域视角下成分未达到匀称状态，熔覆金属以柱状晶的态势变大，把过饱和溶质注入熔池核心部位，核心位置溶质浓度逐步攀升，让最终凝结的位置产牛极大的偏析。所以，铝元素横向分布定律作用下，其显示出抛物线的分布态势。通过观测扫描结果图，熔合区的A1元素剧增，说明熔化的A1合金对熔覆层形成了稀释；这类稀释完成了熔覆层与基体的冶金熔合。铝轮的横向分布定律与A1相类，然而试验中微小的Y以及Ni粉，在激光的照射下熔化，并因为密度比铝

6、合金熔液大而沉积到熔池底端。因此通过对纵方向的成分扫描成果来说，在熔覆层上端的疏松结构内,Y以及Ni的数量相对不多，在熔覆层底端的Y与Ni数量较多。然而其和基体熔合区因为基材的稀释比较明显，相对含量会下降。所以，Y以及Ni汇集在熔覆层中端或下端。熔覆层扫描方位中表层、中央位置、根部的面扫描成果显示：熔覆层各个部位都产生了微量氧气、Mg以及铜等，这事因为激光熔覆阶段形成了微小的氧化,基材的Mg与铜熔化后会在熔池内产生位移，和熔覆原料融合，让基体和熔覆层形成冶金状态。对熔覆层成分含量进行解析能够看到：熔覆层各位

7、置成分分布较为匀称。因为铝的密度偏低，熔化后快速浮起，稀释熔覆合金；所以，A1元素的比例从以往的80%攀升到88%之上。熔覆层底端和基材碰触，稀释度较高。通过上述解析得出：熔覆层扫描成果与线扫描成果基本符合，得到激光熔覆铝铠合金涂层的成分分布的组织与特性。2.2熔覆层物相解析通过对激光熔覆层中的电子显微镜对应的点扫描成果的解析，笔者发现熔覆层中较亮区域与较暗区域都掺杂了Al、Y以及Ni,通过对比其成分元素，发现较暗区域的铝元素比较亮区域的为多，通常是铝元素为主要元素的化合物；较亮区域Y与Ni元素较多，是以Y

8、与Ni为主要元素的化合物汇集区域。而通过对比熔覆层XRD的衍射图像，并参照Al-Ni-Y相图以及对电子显微镜扫描成果的解析，能够看出熔覆层中有着Al、A12Ni6Y3>A13Ni2三类相。因为融合合金内A1元素较多，所以大批的纯度极高的A1凝结；此时金属熔覆层的相散布规律应该是：富A1相；A12Ni6Y3>A13Ni2相通常位于枝晶间。就是说这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缝隙;抑或没有遭排除