[發明專利]一種鋁合金表面激光熔覆稀土氧化釔+鋁+鐵基合金復合涂層的工藝

有效

• 申請號: 201410350863.1
• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104120425B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 王成磊;張光耀;高原;徐晉勇
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司45112
• 代理人: 羅玉榮

技術領域

本發明涉及表面工程領域，具體是一種鋁合金表面激光熔覆稀土氧化釔+鋁+鐵基合金復合涂層的工藝。

背景技術

鋁及鋁合金是有色金屬中應用最廣泛的材料之一，鋁合金具有密度小、易加工、熱膨脹系數低、熱導率高、比剛度和比強度高等諸多優異性能。在日常生產和生活中得到廣泛應用。激光熔覆是近30年來發展起來的一種材料表面改性技術，與物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)及各種噴涂工藝相比，激光熔覆層厚度較大，晶粒細小、組織致密，性能優良，具有較高的應用和研究價值。鐵基自熔合金材料以其硬度高、耐磨性和抗高溫氧化性好等特點被廣泛應用于激光熔覆、熱噴涂等表面強化工藝中。在鋁合金表面激光熔覆鐵基合金層，用于提高鋁合金表面的綜合性能，效果顯著，可被應用于汽車、高鐵、航空航天、機械加工等行業零部件的表面強化加工中，從而既能滿足產品設計要求的輕量化，同時保持了鋁合金強韌性和激光熔覆合金表面的高硬度、高耐磨性。但由于鋁合金基體和鐵基熔覆層材料的物化性能（熔點，電負性，熱膨脹系數等）的差異，在鋁合金表面熔覆鐵基合金常不可避免地出現大量組織缺陷（如氣孔、裂紋、夾雜等）。

發明內容

本發明的目的是為克服現有技術的不足，而提供一種鋁合金表面激光熔覆稀土氧化釔+鋁+鐵基合金復合熔覆層的工藝，它可以克服鋁合金表面激光熔覆鐵基合金涂層常出現氣孔、裂紋、崩損脫落和組織不均勻等使用缺陷，提高材料表面的冶金結合力及耐磨、耐蝕、耐沖擊、抗氧化性等性能。

實現本發明目的的技術方案是：

一種鋁合金表面激光熔覆稀土氧化釔+鋁+鐵基合金復合熔覆層的工藝，包括如下步驟：

（1）用鋁或鋁合金作為基體材料，首先用細砂紙打磨預熔覆材料表面，之后用丙酮清洗，使材料表面粗糙度Ra?<2μm；然后用腐蝕液、凈化液、清洗液等依次清洗基體材料表面，再放入超聲波儀器中清洗半小時以上；最后將清洗完的基體材料放入烘干箱，烘干半小時以上；

（2）配置熔覆材料：該熔覆材料配比按重量份比計量，稀土氧化物氧化釔粉末、鋁粉和Fe50復合合金粉末比例分別為2～6：10～30：88～64；將上述熔覆材料粉末充分混合，經球磨機研磨后加入酒精粘結劑，攪拌均勻成糊狀，然后用刷子均勻涂覆在鋁合金基體表面，并使涂覆層厚度為0.8～1.5?mm，經自然晾干后，再進行烘干處理；

（3）把粘結了上述熔覆材料的鋁合金基體裝入氬氣保護反應容器內，并將保護反應容器裝在可作三維運動的數控加工機床的工作臺上，隨后向保護反應容器注入99.999%高純度氬氣，并持續一定時間，使之盡可能排除反應容器內的空氣；

（4）按照預定的激光熔覆工藝參數編制好數控程序，啟動數控機床的工作程序，同時啟動CO₂激光器對鋁合金熔覆層進行激光熔覆處理，讓激光束按照預定的加工程序掃描鋁合金基體表面上的熔覆層，使其多道掃描的搭接率達20%～30%。通過激光束的高溫熔覆，使上述熔覆層材料與鋁合金基體呈冶金結合。

步驟（1）所述基體材料可以是國家標準規定的鋁及鋁合金所有型號；所述腐蝕液為3～10%的鹽酸，凈化液和清洗液為丙酮和清水；

步驟（2）中稀土氧化物氧化釔、鋁粉和Fe50合金粉末的粒度范圍為45~150μｍ；

步驟（4）所述激光熔覆的工藝參數為：輸出功率3～6kW，光斑直徑4～10mm，掃描速度400～1000mm/min，在高純Ar氣（＞99.99%）的保護氛圍中，氣流量為10～30L·min^-1；

本發明的創新點是：采用鋁及鋁合金作為基體材料，利用激光表面熔覆技術制備出高性能的稀土氧化釔+鋁+鐵基自熔合金熔覆層，使熔覆層與基體材料之間實現良好的冶金結合，降低熔覆層金屬組織缺陷，提高材料的結合力及耐磨、耐蝕、抗氧化性等性能。

具體實施方式

以下通過具體的實例來進一步說明本發明：

試樣基材為6063鋁合金，尺寸100mm×60mm×20mm(長×寬×厚)，首先用細砂紙打磨預熔覆材料表面，之后用丙酮清洗，使材料表面粗糙度Ra?<2μm；然后用腐蝕液、凈化液、清洗液等依次清洗基體材料表面，再放入超聲波儀器中清洗半小時以上；最后將清洗完的基體材料放入烘干箱，烘干半小時以上。

將激光熔覆涂層的粉末配比為（質量分數）：5%?氧化釔+20%鋁+75%Fe50合金粉，烘干并均勻混合，加入酒精粘結劑均勻涂覆在鋁合金表面，涂層厚度均為1.2?mm。