[發(fā)明專利]一種激光熔覆Al/TiB2復(fù)合強(qiáng)化層

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611116902.7
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN108165975A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高揚(yáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 高揚(yáng)
• 主分類號(hào): C23C24/10
• 分類號(hào): C23C24/10;C22C23/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種激光熔覆Al/TiB2復(fù)合強(qiáng)化層,以Al?TiB2復(fù)合粉體為強(qiáng)化層原料（其中鋁為粘結(jié)劑），采用Nd：YAG激光在鎂釓系鎂合金表面進(jìn)行激光熔覆強(qiáng)化處理。強(qiáng)化層中鋁元素與基體中的釓、釔等元素發(fā)生了原位反應(yīng)，生成了高溫硬質(zhì)相Al2Gd和Al2Y等金屬間化合物，且引入的強(qiáng)化相TiB2未發(fā)生分解，與原位合成的金屬間化合物及基體相容性良好，但分布特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)差異顯著；當(dāng)復(fù)合粉體中TiB2質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于70%時(shí)，強(qiáng)化層組織細(xì)小均勻；強(qiáng)化層顯微硬度隨著TiB2含量的增加而增大，比基體硬度提高4?6倍，耐磨性能得到顯著改善。

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種表面合金化材料，尤其涉及一種激光熔覆Al/TiB2復(fù)合強(qiáng)化層。

背景技術(shù)

鎂合金作為目前已使用密度最小的金屬結(jié)構(gòu)材料，是實(shí)現(xiàn)裝備輕量化的一條重要途徑，但它的耐蝕和耐磨等性能較差，限制了其進(jìn)一步發(fā)展。金屬材料的失效(如腐蝕、磨損和斷裂等)多始于表面，因此從理論上講可以通過對其表面組織結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)化有效提高其耐蝕、耐磨等性能。

鎂合金常用的表面強(qiáng)化工藝主要有熱噴涂、電鍍和微弧氧化等。激光技術(shù)憑借清潔、節(jié)能及易控等特點(diǎn)，使激光熔覆等激光強(qiáng)化工藝在材料表面處理方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了改善鎂合金的硬度、耐磨性，設(shè)計(jì)了一種激光熔覆Al/TiB2復(fù)合強(qiáng)化層。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

激光熔覆Al/TiB2復(fù)合強(qiáng)化層的制備原料包括：基體材料為擠壓態(tài)Mg-15Gd-3Y稀土變形鎂合金，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為15.26Gd，2.11Y，余Mg。以Al-TiB2復(fù)合粉體作為強(qiáng)化材料，其中TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0，30%，50%，70%和100%。

激光熔覆Al/TiB2復(fù)合強(qiáng)化層的制備步驟為：在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中將復(fù)合粉體球磨30min混合均勻，而后利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇溶液與合金化粉體混勻后涂覆在經(jīng)砂紙研磨處理后的鎂合金表面，風(fēng)干后的涂層厚度控制在0.6mm左右。采用LCY-400型Nd：YAG脈沖激光器對鎂合金表面進(jìn)行熔覆強(qiáng)化處理，優(yōu)化工藝參數(shù)：脈寬0.8ms、頻率45Hz、光斑直徑1.0mm、電流220A、掃描速度350mm/min。為防止鎂合金基體及復(fù)合粉體在激光熔覆過程中發(fā)生氧化，采用了雙層微柵穩(wěn)氣流型氣氛保護(hù)裝置。

激光熔覆Al/TiB2復(fù)合強(qiáng)化層的檢測步驟為：采用FEI Quanta 450型掃描電鏡(SEM)觀察和分析強(qiáng)化層的微觀組織；采用JEM-2100型高分辨透射電鏡(TEM)分析強(qiáng)化層的微觀精細(xì)結(jié)構(gòu)和相容性，試樣取自與表面平行且距表面20μm層深處，用細(xì)砂紙研磨試樣至50μm后用離子減薄；利用Xpert pro MPD型X射線衍射儀(XRD)測強(qiáng)化層的物相；采用Micromet-3型顯微硬度儀測定激光強(qiáng)化層沿厚度方向的硬度分布，所加載荷為0.5N，保壓時(shí)間15s；摩擦磨損性能測試采用MMS-1G型銷盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，摩擦盤材料為GCr15鋼(經(jīng)850℃油浴淬火、180℃低溫回火處理，硬度為62HRC)，對磨面均用600#砂紙拋光，丙酮清洗，摩擦速率為4m/s，載荷為40N，試驗(yàn)時(shí)間為200s，室溫下進(jìn)行測試。

所述的激光熔覆Al/TiB2復(fù)合強(qiáng)化層，當(dāng)TiB2質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于70%時(shí)，激光熔覆強(qiáng)化層的組織細(xì)小均勻，大于70%時(shí)，強(qiáng)化層中出現(xiàn)了塊狀的TiB2強(qiáng)化相；原位合成的高溫硬質(zhì)相Al2Gd、Al2Y等金屬間化合物尺寸在100nm左右，分布均勻，而引入的強(qiáng)化相TiB2呈彌散分布，粒徑為200nm左右，局部出現(xiàn)了“鏈條式”團(tuán)聚現(xiàn)象。

所述的激光熔覆Al/TiB2復(fù)合強(qiáng)化層，復(fù)合粉體中的鋁元素與基體中的釓、釔等元素產(chǎn)生了原位反應(yīng)，生成了高溫硬質(zhì)相Al2Gd和Al2Y等金屬間化合物，且熔覆過程中引入的強(qiáng)化相TiB2未發(fā)生分解，與新形成的高溫相及基體相容性良好，但分布特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)差異顯著。