CN102703894A

CN102703894A - 一种镁合金表面激光沉积复合强化的方法

Info

Publication number: CN102703894A
Application number: CN2012102243634A
Authority: CN
Inventors: 赵龙志; 赵明娟; 吴文妮; 熊光耀; 张坚
Original assignee: East China Jiaotong University
Current assignee: East China Jiaotong University
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2012-10-03

Abstract

一种镁合金表面激光沉积复合强化的方法，所述方法包括以下步骤：1）对基板表面进行前处理，对基板进行粗化处理，去除表面的氧化物和锈渍，使基板容易与涂层形成牢固的结合；2）将粗化后的基板用丙酮等有机溶剂清洗表面，然后用吹风机吹干或自然风干；3）将一定粒度大小的SiC和316L粉末按一定比例放入混料机里充分混合，将混合好的SiC-316L粉末在氩气或者氦气的保护下，使用激光器在合适的工艺参数下进行扫描辐照，粉末靠近焦点进入激光，基板远离焦点；本发明环保经济，并能显著提高镁合金耐腐蚀性、硬度和耐磨性。

Description

一种镁合金表面激光沉积复合强化的方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金表面激光沉积复合强化的方法。

背景技术

镁合金是所有结构用合金中密度最低的，与其他合金相比，其具有比强度、比刚度高，导热性好，有很好的阻尼吸振性，较强的抗电磁干扰能力和优良的切削加工性，可再利用等优点，被誉为“二十一世纪的绿色工程材料”。目前，镁合金已广泛应用在电子器材、交通运输工具、航空航天以及军事等方面。但是，镁的化学稳定性低，电极电位很低，镁合金的耐磨和耐腐蚀性较差，长时间严重制约着其材料潜力的发挥。不锈钢具有良好的耐腐蚀性，常被用作易腐蚀材料的涂层，但是不锈钢的耐磨性较差，硬质陶瓷颗粒具有高强度、高硬度、高熔点等特点，其加入可以使不锈钢涂层同时具有良好的耐腐蚀性和耐磨性等优异性能，具有非常广阔的运用前景。而激光表面强化技术是镁合金主要采用的激光表面改性处理技术之一，其具有激光能量密度高，热影响区小，热效应和热变形小等特点。运用激光强化技术可以可以提高材料表面的硬度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性以及抗疲劳性等，从而提高工件的使用寿命。采用陶瓷增强颗粒与激光强化复合技术，可以更大程度地提高镁合金的耐腐蚀性、硬度和耐磨性。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种镁合金表面激光沉积复合强化的方法，它具有提高镁合金耐腐蚀性、硬度和耐磨性的优点。

本发明是这样来实现的，一种镁合金表面激光沉积复合强化的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1）对基板表面进行前处理，主要包括对基板进行粗化处理，去除表面的氧化物和锈渍，使基板容易与涂层形成牢固的结合；2）将粗化后的基板用有机溶剂清洗表面，然后用吹风机吹干或自然风干；3）将一定粒度大小的SiC和316L粉末按一定比例放入混料机里充分混合，然后将混合好的SiC-316L粉末在氩气或者氦气的保护下，使用激光器在合适的工艺参数下进行扫描辐照，粉末靠近焦点进入激光，基板远离焦点，形成SiC-316L复合涂层；所述SiC颗粒的粒度大小为400～800目，316L不锈钢粉末的粒度为200～500目，SiC、316L的质量配比为1:1～1:10，粉末靠近焦点进入激光，基板远离焦点，基板离焦量为5～60mm；使用氩气或氦气气体保护，所述激光器的激光功率：1500W～3000W，扫描速度：400mm/min～1500 mm/min，光斑直径：2mm～4mm, 基板离焦量为5～60mm；所述有机溶剂为丙酮或酒精。

本发明的技术效果是：1、采用该技术制备的涂层与基体冶金结合，非常牢固，不易剥落；涂层表面平整致密；2、激光是一种清洁能源，对环境没有污染；激光能量和扫描速度可精确控制，制备工艺简单、绿色清洁环保，利于实现工业生产自动化；3、采用该技术强化的镁合金表面不但提高了其耐腐蚀性，而且其硬度提高了2倍，耐磨性提高了1倍。

附图说明

图1为本发明实例1的激光沉积复合涂层组织形貌图。

图2为本发明实例2的激光沉积复合涂层组织形貌图。

图3为本发明实例3的激光沉积复合涂层组织形貌图。

图4为本发明实例1的涂层XRD分析图谱。

图5为本发明实例1、实例2、实例3和实例4制备的复合涂层硬度线性图。

图6为本发明实例1、实例2、实例3和实例4制备的复合涂层相对耐磨性线性图。

具体实施方式

下面结合实施例以及附图对本发明做进一步阐述。

实施例1

首先用喷砂机对基板AZ31镁合金的表面进行喷砂处理，去除表面的锈层和氧化物，得到了表面粗糙度较大的表面；将粗化后的AZ31镁合金用丙酮溶液清洗表面，至表面清洁无油污等；然后自然风干备用；将600目的SiC粉和300目的316L不锈钢粉以1：9的比例放入混料机中混合3h，使SiC粉和316L不锈钢粉充分混合均匀制备成SiC-316L复合粉末，将AZ31镁合金放在激光器的工作台上，采用激光进行辐照扫描粉末和基板，激光的工艺参数为：激光功率为2200W，扫描速度为1200mm/min，光斑直径为2mm，基板离焦量为5mm,；形成SiC-316L复合涂层的组织形貌以及相关参数参看附图1、图4、图5和图6。

实施例2

首先用喷砂机对基板AZ31镁合金的表面进行喷砂处理，去除表面的锈层和氧化物，得到了表面粗糙度较大的表面；将粗化后的AZ31镁合金用丙酮溶液清洗表面，至表面清洁无油污等；然后自然风干备用。将600目的SiC粉和300目的316L不锈钢粉以1：9的比例放入混料机中混合3h，使SiC粉和316L不锈钢粉充分混合均匀制备成SiC-316L复合粉末。将AZ31镁合金放在激光器的工作台上，采用激光进行辐照扫描粉末和基板，激光的工艺参数为：激光功率为1900W，扫描速度为1200mm/min，光斑直径为2mm，基板离焦量为5mm；

形成SiC-316L复合涂层的组织形貌以及相关参数参看附图2、图5和图6。

实施例3

首先用喷砂机对基板AZ31镁合金的表面进行喷砂处理，去除表面的锈层和氧化物，得到了表面粗糙度较大的表面；将粗化后的AZ31镁合金用丙酮溶液清洗表面，至表面清洁无油污等；然后自然风干备用。将600目的SiC粉和300目的316L不锈钢粉以1：9的比例放入混料机中混合3h，使SiC粉和316L不锈钢粉充分混合均匀制备成SiC-316L复合粉末。将AZ31镁合金放在激光器的工作台上，采用激光进行辐照扫描粉末和基板，激光的工艺参数为：激光功率为2500W，扫描速度为1200mm/min，光斑直径为2mm，基板离焦量为5mm；形成SiC-316L复合涂层的组织形貌以及相关参数参看附图3、图5和图6。

实施例4

首先用喷砂机对基板AZ31镁合金的表面进行喷砂处理，去除表面的锈层和氧化物，得到了表面粗糙度较大的表面；将粗化后的AZ31镁合金用丙酮溶液清洗表面，至表面清洁无油污等；然后自然风干备用。将600目的SiC粉和300目的316L不锈钢粉以1：9的比例放入混料机中混合3h，使SiC粉和316L不锈钢粉充分混合均匀制备成SiC-316L复合粉末。将AZ31镁合金放在激光器的工作台上，采用激光进行辐照扫描粉末和基板，激光的工艺参数为：激光功率为2800W，扫描速度为1200mm/min，光斑直径为2mm，基板离焦量为5mm；形成SiC-316L复合涂层的相关参数参看图5和图6。

综上所述：图1、2、3分别为实例1、实例2和实例3制备出的复合涂层的微观结构，从图中可以看出涂层表面平整且无宏观裂纹、气孔缺陷，涂层晶粒均匀细小，复合优良涂层特征。

图4为实例1制备的复合涂层的XRD成分图，该涂层中主要存在没有反应的原始相Mg、Fe和SiC等，氧化物MgO和SiO₂。快速熔化和快速凝固是激光熔注的主要特点，涂层中的316L不锈钢粉末与SiC粉末通过激光区域时间较短，熔注粉末自身反应机率较小，并且镁合金基体中的Mg元素由于激光辐照产生的对流而扩散到熔池的上方，与涂层粉末混合。所以涂中存在比较多的Mg、Fe和SiC相。

图5为实例1、实例2、实例3、实例4获得的复合涂层的硬度曲线图，从图中可以看出制备的涂层硬度大幅度提高，涂层硬度最高值达到了150HV，约为基板材料的4倍。

图6为实例实例1、实例2、实例3、实例4获得的复合涂层的相对耐磨性曲线图，从图中可以看出制备的涂层相对耐磨性得到相应提高，最高硬度约为基板材料的2倍。

总之，按本发明方法强化的镁合金，在普通激光表面强化的基础上，添加了不锈钢粉末和陶瓷相颗粒，同时提高了材料表面的耐腐蚀性能、硬度和耐磨性。且该技术生产工艺简单、绿色清洁环保，利于实现工业生产自动化，制得的合金性能优异，使用寿命长，有很好的经济前景。

Claims

1.一种镁合金表面激光沉积复合强化的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1）对基板表面进行前处理，主要包括对基板进行粗化处理，去除表面的氧化物和锈渍，使基板容易与涂层形成牢固的结合；2）将粗化后的基板用有机溶剂清洗表面，然后用吹风机吹干或自然风干；3）将一定粒度大小的SiC和316L粉末按一定比例放入混料机里充分混合，然后将混合好的SiC-316L粉末在氩气或者氦气的保护下，使用激光器在合适的工艺参数下进行扫描辐照，粉末靠近焦点进入激光，基板远离焦点，形成SiC-316L复合涂层。

2.如权利要求1所述的一种镁合金表面激光沉积复合强化的方法，其特征在于，所述SiC颗粒的粒度大小为400～800目，316L不锈钢粉末的粒度为200～500目，SiC、316L的质量配比为1:1～1:10，粉末靠近焦点进入激光，基板远离焦点，基板离焦量为5～60mm。

3.如权利要求1所述的一种镁合金表面激光沉积复合强化的方法，其特征在于，使用氩气或氦气气体保护，所述激光器的激光功率：1500W～3000W，扫描速度：400mm/min～1500 mm/min，光斑直径：2mm～4mm, 基板离焦量为5～60mm。

4.如权利要求1所述的一种镁合金表面激光沉积复合强化的方法，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮或酒精。