CN115287647B - 一种激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝合金激光熔覆技术领域，具体涉及一种激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层，并进一步公开其制备方法。本发明所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，针对激光熔覆制备纳米TiN颗粒增强铝基高耐腐熔覆层设计，通过在铝基粉末中添加纳米TiN陶瓷颗粒，以及采用真空球磨技术制备铝基粉末，并采用惰性气体蒸发冷凝法制备纳米级TiN陶瓷颗粒，以及运用金属注塑成型(MIM)中的混料和脱脂技术混合制备TiN/铝基复合粉末，进而采用激光熔覆方式在6061基体上，制备高致密度的Al‑Si复合熔覆层。
Description
技术领域
本发明属于铝合金激光熔覆技术领域，具体涉及一种激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层，并进一步公开其制备方法。
背景技术
铝合金材料因其密度小、比强度高及抗腐蚀性较好等特点，已成为航空航天、汽车、电力、船舶等工业领域的常用材料。然而，铝合金材料又因其硬度低、不耐磨、热传导系数较大、热稳定性较差，以及化学性质较活泼、易在潮湿环境里氧化发黑等缺陷，在制造过程中容易产生热变形，且铝合金氧化膜中吸附的水分和氧化物结晶水在制造过程中易分解氢气而形成气孔，进而降低成形件致密度。因此，本领域常识通过表面改性技术可以提高铝合金基体的硬度以及耐磨性能，以改善其应用性能。
激光熔覆技术是一种以高能激光作为能量源，将粉末材料与基体表面薄层进行迅速融化凝固，进而与基体形成高结合强度(冶金结合)熔覆层的表面改性技术。因其具有结合强度高、组织均匀、利用率高、效率高、绿色环保、经济、快捷等特点，已成为铝合金表面改性技术的重要方法。颗粒增强铝合金复合材料称为PAMCs(Particle reinforced AluminumMatrix Composites)，是一种通过添加硬质颗粒作为强化相的铝基复合材料，其具有高比刚度、高比强度、高硬度和优异的耐磨性，PAMCs复合铝合金粉末材料不仅能保持原粉末与基体良好的相容性与润湿性，同时对熔覆层能够起到显著的增强效果。
如中国专利CN114381727A公开了一种铝合金板表面激光熔覆成型方法，该方案使用粉-丝复合熔覆的技术方案，并辅助旁侧注射B4C颗粒融入Al基熔覆层，有效提高了激光熔覆层的耐磨性能。又如中国专利CN108796498A公开的一种激光熔覆铝合金表面自反应生成陶瓷相的方法，该方案应用混合粉末在熔融的铝合金基体内与铝元素反应生成陶瓷相的方法，提高了熔覆层与铝合金基体之间结合强度，进而改善了铝合金表面的耐磨耐腐蚀性能。
在研究的PAMCs材料中，TiN颗粒因具有较高的耐磨性、热稳定性、导电性和化学稳定性，有望作为复合材料增强相以显著改善基体综合性能。但是，传统的激光熔覆技术中基于球磨混合制备复合粉末的方法容易出现TiN颗粒分布不均的现象，进而不能很好包覆原始粉末，成为制备具有优异综合性能的铝合金熔覆层亟待解决的问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，所述方法以纳米TiN颗粒增强铝基复合粉末进行复合熔覆层的加工，以改善球磨复合粉末时出现纳米粉末分布不均，不能很好包覆原始粉末的现象；
本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述方法制备的纳米TiN颗粒增强铝基高耐腐熔覆层。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照选定的铝基合金粉末的元素及配比选取合金原料混合，并进行真空熔炼处理；
(2)将上述处理后的物料进行球磨处理，并将得到的铝基合金粉末进行粒度筛分，备用；
(3)在惰性气体保护下，利用惰性气体蒸发冷凝法制备得到TiN纳米颗粒；
(4)将步骤(2)所述铝基合金粉末与步骤(3)中所述TiN纳米颗粒进行混料处理，并经脱脂及粒度筛分得到TiN/铝基复合粉末，备用；
(5)采用激光熔覆技术，将所述铝基复合粉末在基体表面制备熔覆层，即得。
具体的，所述步骤(1)中，所述铝基合金粉末的化学元素配比包括：Si：9.5-9.9wt％，Mg：0.2-0.3wt％，Fe：0.1-0.2wt％，余量的Al；
优选的，所述真空熔炼处理步骤的温度为700-800℃，保温时间为1-2h。
具体的，所述步骤(2)中；
所述球磨处理步骤的参数包括：采用真空行星式球磨方法，控制球磨转速为400-550r/min，球磨30-50分钟停机10分钟，球磨时间为4-6小时；
所述筛分步骤中，控制所述铝基合金粉末的粒度范围为50-120μm，D50为70-80μm。
具体的，所述步骤(3)中，所述惰性气体蒸发冷凝法的控制参数包括：惰性气体气压为5000-6000Pa，起弧电流为150-200A，电压为25-30V，起弧时间为1-3小时。
具体的，所述步骤(4)中，所述混料处理步骤包括在惰性气体保护下，将所述铝基合金粉末、所述TiN纳米颗粒与粘结剂进行挤出混料的步骤；
优选的，所述铝基合金粉末、所述TiN纳米颗粒与粘结剂的质量比为48.5：1.5：50；
优选的，所述粘结剂包括聚甲苯。
具体的，所述步骤(4)中，所述脱脂步骤控制参数包括：采用氮气作为保护气体和运载气体，以硝酸气体充当脱脂催化剂，通入量为1g/min，炉内温度为130℃，脱脂时间为2小时。
具体的，所述步骤(4)中，所述筛分步骤中，控制所述复合粉末的粒度范围为50-120μm，D50为60-70μm。
具体的，所述步骤(5)中，所述激光熔覆技术的控制参数包括：激光功率为4000-5000W，扫描速度为6-10mm/s，送粉速度5g/min，光斑直径4mm，搭接率为80％。
具体的，所述步骤(5)中，还包括将所述TiN/铝基复合粉末放置于80℃、真空度为-0.06MPa真空干燥箱中进行干燥的步骤。
本发明还公开了由所述方法制备得到的激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层。
本发明所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，针对激光熔覆制备纳米TiN颗粒增强铝基高耐腐熔覆层设计，通过在铝基粉末中添加纳米TiN陶瓷颗粒，以及采用真空球磨技术制备铝基粉末，并采用惰性气体蒸发冷凝法制备纳米级TiN陶瓷颗粒，以及运用金属注塑成型(MIM)中的混料和脱脂技术混合制备TiN/铝基复合粉末，进而采用激光熔覆方式在6061基体上，制备高致密度的Al-Si复合熔覆层。本发明在铝基粉末中添加纳米TiN陶瓷颗粒，经MIM中混料和脱脂技术制备的粉末料，不仅球形度高且纳米TiN颗粒均匀地弥散分布在铝基粉末颗粒表面，TiN/铝基复合粉末元素与6061基体相近，熔点区间接近，因此TiN/铝基复合熔覆层与6061基体相熔性较好，在对流作用下TiN颗粒均匀分布在熔覆层中，提升了Al-Si熔覆层的耐腐性能，有效改善了球磨复合粉末时出现纳米粉末分布不均，不能很好包覆原始粉末的现象，在铝合金构件表面强化和修复方面具有广阔的应用前景。
本发明所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，通过合理的成分配比和综合制粉技术，制备出表面光滑，球形度高，纳米TiN颗粒均匀地弥散分布在铝基颗表面，与铝基熔覆层具有良好的成形适用性，最终制备出纳米TiN颗粒增强铝基高耐腐熔覆层。
本发明所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，通过设计合理的成分配比，并配合激光熔覆快速熔凝的特点，所述熔覆层中，TiN纳米颗粒均匀地分布在晶界四周，从而抑制晶粒的生长，使得复合熔覆层的组织更加细化，降低共晶Si在熔覆层中的偏析，提高熔覆层的致密度，使得熔覆层自身生成的钝化膜更加致密，提高其耐腐蚀性能。同时，由于TiN颗粒本身具备优异的耐腐性能，TiN颗粒均匀分布在在晶界四周，也有少量的TiN颗粒分布在晶粒内，阻碍电解质扩散和减少了腐蚀的通道和路径，综合提升复合熔覆层的耐腐性能。
本发明所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层中，优化配比所述纳米TiN颗粒增强铝基复合粉末，包括以下化学元素质量百分比为Si：9.85％，Mg：0.28％，Fe：0.17％，TiN：3％，余量的Al。其中，
Si元素可以提高铝基熔覆层的流动性并且合金中的Si含量越多其制造性能及耐磨性越好；
TiN是一种化学性质稳定，硬度、抗腐蚀性、抗磨损性及抗氧化性都非常优良的陶瓷颗粒，熔点高于铝基合金，从而抑制晶粒的生长，细化晶粒；但TiN颗粒含量不能过高，含量过高则会导致熔覆层合金线膨胀系数变大，特别是热裂倾向较大，导致熔覆层裂纹缺陷严重；
铝基合金粉末与6061基体同属于Al-Si系合金，两者有良好的相熔性，合金气密性好，密度小，导热率高，热膨胀系数低，具有良好的工艺性、力学性能、耐腐蚀性能以及优良的焊接性能等。
本发明所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层中，优化配比所述纳米TiN颗粒增强铝基复合粉末，与铝基粉末粒径分布相近，元素分布均匀，比铝基粉末具有更好的激光吸收率特性，两者相似的熔点及熔化温度区间，表明两种粉末在激光熔覆成形时，具有良好的成形适用性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
图1为本发明实施例1制备的TiN/铝基复合粉末元素分布、EDX分析和SEM显微图；其中，(a)为TiN/铝基复合粉末元素分布，(b)为EDX分析，(c)为TiN/铝基复合粉末SEM显微图；
图2为本发明实施例1制备的TiN/铝基复合熔覆层局部SEM显微图；其中，(a)上部，(b)中部，(c)底部，(d)高倍显微图；
图3为本发明对比例1制备铝基粉末元素分布、EDX分析和SEM显微图；其中，(a)为铝基粉末元素分布，(b)为EDX分析，(c)为铝基粉末SEM显微图；
图4为本发明对比例1制备的铝基熔覆层局部SEM显微图；其中，(a)上部，(b)中部，(c)底部；
图5为6061基体分别与对比例2制备的铝基熔覆层和实施例2制备的TiN/铝基复合熔覆层的动极化曲线；
图6为对比例2中三组对比铝基熔覆层金相显微图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。
实施例1
本实施例所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，包括如下步骤：
(1)配置铝基粉末，依据质量分数的化学元素为Si：9.85％、Mg：0.28％、Fe：0.17％、余量的Al，进行原料称重；将上述原料充分混合后，在温度为750℃，保温时间为2h的条件下，进行真空熔炼处理，得到合金物料；
(2)将所得合金物料采用真空行星式球磨机进行球磨处理，控制球磨转速为500r/min，球磨40分钟，停机10分钟，球磨时间为6小时；得到铝基粉末，并进行粒度筛分，将合金粉末控制在一定的粒度范围内；本步骤控制筛分后的铝基复合粉末的粒度范围为50-120μm，D50为70.16μm；
(3)采用惰性气体(Ar)保护下，通过惰性气体蒸发冷凝法制备出纯度为99.5％的纳米级TiN粉末颗粒，备用；上述惰性气体蒸发冷凝法制TiN纳米粉末粒具体参数为：惰性气体气压为6000Pa，起弧电流为200A，电压为28V，起弧时间为2小时；
(4)将步骤(2)中筛分后的所述铝基复合粉末与所述TiN纳米颗粒一起置于MIM混料器中，在氩气保护环境中，以聚甲苯作为粘结剂，将所述TiN和铝基合金粉末按照一定比例，分批次加入粘结剂(聚甲苯)中，其中，TiN、铝基合金粉末和粘结剂质量比为3:97:100，置于双螺杆挤出机中充分混合4小时，得到复合粉末料；
(5)将混合后的复合粉末料进行脱脂和粒度筛分，使筛分后的复合合金粉末在一定的粒度范围内；具体的，采用氮气作为保护气体和运载气体，以硝酸气体充当脱脂催化剂，通入量为1g/min，炉内温度为130℃，脱脂时间为2小时；筛分后的复合粉末的粒度范围为50-120μm，D50为68.64μm；可以将得到的TiN/铝基复合粉末进行真空包装，备用；
本实施例所得TiN/铝基复合粉末元素分布、EDX分析和SEM显微图见附图2，其中，(a)为TiN/铝基复合粉末元素分布，(b)为EDX分析，(c)为TiN/铝基复合粉末SEM显微图；
(6)将上述制备好的TiN/铝基复合粉末放置于80℃、真空度为-0.06MPa真空干燥箱中，干燥4小时，装入高精度双路可调送粉器，预备在6061铝基体上制备熔覆层；同时，对实验使用6061铝合金基板进行表面处理，使用砂纸打磨去除基体材料表面氧化层与毛刺，使用乙醇溶液清洗、去除基体材料表面杂质，烘干后立即进行试验；
(7)采用同轴送粉式激光熔覆技术，在6061基体表面制备高致密度的Al-Si复合熔覆层；控制激光熔覆的参数为：激光功率为4400W，扫描速度为8mm/s，送粉速度5g/min，光斑直径4mm，搭接率为80％。
本实施例制备的TiN/铝基复合熔覆层局部SEM显微图见附图2；其中，(a)上部，(b)中部，(c)底部，(d)高倍显微图。
本实施例中，6061基体与TiN/铝基复合熔覆层的动极化曲线见附图6。经测试，本实施例制备的TiN/铝基复合熔覆层，Ecorr＝-508.7mV，Icorr＝0.098μA/cm2。该实施例中制备熔覆层的极化电位Ecorr较高，极化电流密度Icorr较低，说明本申请制备的TiN/铝基复合熔覆层耐腐蚀性能优异。
实施例2
本实施例所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，包括如下步骤：
(1)配置铝基粉末，依据质量分数的化学元素为Si：9.5％、Mg：0.3％、Fe：0.1％、余量的Al，进行原料称重；将上述原料充分混合后，在温度为700℃，保温时间为2h的条件下，进行真空熔炼处理，得到合金物料；
(2)将所得合金物料采用真空行星式球磨机进行球磨处理，控制球磨转速为400r/min，球磨50分钟，停机10分钟，球磨时间为5小时；得到铝基粉末，并进行粒度筛分，将合金粉末控制在一定的粒度范围内；本步骤控制筛分后的铝基复合粉末的粒度范围为50-120μm，D50为71.22μm；
(3)采用惰性气体(Ar)保护下，通过惰性气体蒸发冷凝法制备出纯度为99.5％的纳米级TiN粉末颗粒，备用；上述惰性气体蒸发冷凝法制TiN纳米粉末粒具体参数为：惰性气体气压为5000Pa，起弧电流为150A，电压为25V，起弧时间为2小时；
(4)将步骤(2)中筛分后的所述铝基复合粉末与所述TiN纳米颗粒一起置于MIM混料器中，在氩气保护环境中，以聚甲苯作为粘结剂，将所述TiN和铝基合金粉末按照一定比例，分批次加入粘结剂(聚甲苯)中，其中TiN、铝基合金粉末和粘结剂质量比为3:97:100，置于双螺杆挤出机中充分混合4小时，得到复合粉末料；
(5)将混合后的复合粉末料进行脱脂和粒度筛分，使筛分后的复合合金粉末在一定的粒度范围内；具体的，采用氮气作为保护气体和运载气体，以硝酸气体充当脱脂催化剂，通入量为1g/min，炉内温度为130℃，脱脂时间为2小时；筛分后的复合粉末的粒度范围为50-120μm，D50为67.83μm；可以将得到的TiN/铝基复合粉末进行真空包装，备用；
(6)将上述制备好的TiN/铝基复合粉末放置于80℃、真空度为-0.06MPa真空干燥箱中，干燥4小时，装入高精度双路可调送粉器，预备在6061铝基体上制备熔覆层；同时，对实验使用6061铝合金基板进行表面处理，使用砂纸打磨去除基体材料表面氧化层与毛刺，使用乙醇溶液清洗、去除基体材料表面杂质，烘干后立即进行试验；
(7)采用同轴送粉式激光熔覆技术，在6061基体表面制备高致密度的Al-Si复合熔覆层；控制激光熔覆的参数为：激光功率为4400W，扫描速度为8mm/s，送粉速度5g/min，光斑直径4mm，搭接率为80％。
实施例3
本实施例所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，包括如下步骤：
(1)配置铝基粉末，依据质量分数的化学元素为Si：9.9％、Mg：0.2％、Fe：0.2％、余量的Al，进行原料称重；将上述原料充分混合后，在温度为800℃，保温时间为1h的条件下，进行真空熔炼处理，得到合金物料；
(2)将所得合金物料采用真空行星式球磨机进行球磨处理，控制球磨转速为550r/min，球磨30分钟，停机10分钟，球磨时间为4小时；得到铝基粉末，并进行粒度筛分，将合金粉末控制在一定的粒度范围内；本步骤控制筛分后的铝基复合粉末的粒度范围为50-120μm，D50为72.64μm；
(3)采用惰性气体(Ar)保护下，通过惰性气体蒸发冷凝法制备出纯度为99.5％的纳米级TiN粉末颗粒，备用；上述惰性气体蒸发冷凝法制TiN纳米粉末颗粒具体参数为：惰性气体气压为5500Pa，起弧电流为180A，电压为30V，起弧时间为2小时；
(4)将步骤(2)中筛分后的所述铝基复合粉末与所述TiN纳米颗粒一起置于MIM混料器中，在氩气保护环境中，以聚甲苯作为粘结剂，将所述TiN和铝基合金粉末按照一定比例，分批次加入粘结剂(聚甲苯)中，其中TiN、铝基合金粉末和粘结剂质量比为3:97:100，置于双螺杆挤出机中充分混合4小时，得到复合粉末料；
(5)将混合后的复合粉末料进行脱脂和粒度筛分，使筛分后的复合合金粉末在一定的粒度范围内；具体的，采用氮气作为保护气体和运载气体，以硝酸气体充当脱脂催化剂，通入量为1g/min，炉内温度为130℃，脱脂时间为2小时；筛分后的复合粉末的粒度范围为50-120μm，D50为66.53μm；可以将得到的TiN/铝基复合粉末进行真空包装，备用；
(6)将上述制备好的TiN/铝基复合粉末放置于80℃、真空度为-0.06MPa真空干燥箱中，干燥4小时，装入高精度双路可调送粉器，预备在6061铝基体上制备熔覆层；同时，对实验使用6061铝合金基板进行表面处理，使用砂纸打磨去除基体材料表面氧化层与毛刺，使用乙醇溶液清洗、去除基体材料表面杂质，烘干后立即进行试验；
(7)采用同轴送粉式激光熔覆技术，在6061基体表面制备高致密度的Al-Si复合熔覆层；控制激光熔覆的参数为：激光功率为4400W，扫描速度为8mm/s，送粉速度5g/min，光斑直径4mm，搭接率为80％。
对比例1
本对比例所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，包括如下步骤：
(1)配置铝基粉末，依据质量分数的化学元素为Si：9.85％、Mg：0.28％、Fe：0.17％、余量的Al，进行原料称重；将上述原料充分混合后，在温度为750℃，保温时间为2h的条件下，进行真空熔炼处理，得到合金物料；
(2)将所得合金物料采用真空行星式球磨机进行球磨处理，球磨转速为450r/min，球磨40分钟停机10分钟，球磨时间为6小时；得到铝基粉末，并进行粒度筛分，将合金粉末控制在一定的粒度范围内；本步骤控制筛分后的铝基复合粉末的粒度范围为50-120μm，D50为70.78μm，可以进行真空包装，备用；
本对比例制备铝基粉末元素分布、EDX分析和SEM显微图件附图2所示；其中，(a)为铝基粉末元素分布，(b)为EDX分析，(c)为铝基粉末SEM显微图；
(3)将上述制备好的铝基复合粉末，放置于80℃、真空度为-0.06MPa真空干燥箱中，干燥4小时，装入高精度双路可调送粉器，预备在6061铝基体上制备熔覆层；同时，对实验使用6061铝合金基板进行表面处理，使用砂纸打磨去除基体材料表面氧化层与毛刺，使用乙醇溶液清洗、去除基体材料表面杂质，烘干后立即进行试验；
(4)采用同轴送粉式激光熔覆技术，在6061基体表面制备高致密度的Al-Si熔覆层；控制激光熔覆的参数为：激光功率为4400W，扫描速度为8mm/s，送粉速度5g/min，光斑直径4mm，搭接率为80％。
本对比例制备的铝基熔覆层局部SEM显微图见附图3所示；其中，(a)上部，(b)中部，(c)底部。
本对比例中，6061基体与制备的铝基熔覆层的动极化曲线见附图6。经测试，本对比例制备的铝基熔覆层，Ecorr＝-763.9mV，Icorr＝0.166μA/cm2。该对比例制得熔覆层的极化电位Ecorr明显低于实施例1，极化电流密度Icorr则明显高于实施例1，说明该对比例制备的铝基熔覆层耐腐蚀性能明显不如本申请制备的TiN/铝基复合熔覆层。
对比例2
本对比例所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，包括如下步骤：
(1)配置铝基粉末，依据质量分数的化学元素为Si：9.85％、Mg：0.28％、Fe：0.17％、余量的Al，进行原料称重；将上述原料充分混合后，在温度为800℃，保温时间为2h的条件下，进行真空熔炼处理，得到合金物料；
(2)将所得合金物料采用真空行星式球磨机进行球磨处理，球磨转速为500r/min，球磨40分钟停机10分钟，球磨时间为5小时；得到铝基粉末，并进行粒度筛分，将合金粉末控制在一定的粒度范围内；本步骤控制筛分后的铝基复合粉末的粒度范围为50-120μm，D50为70.93μm，可以进行真空包装，备用；
(3)将上述制备好的铝基复合粉末，放置于80℃、真空度为-0.06MPa真空干燥箱中，干燥4小时，装入高精度双路可调送粉器，预备在6061铝基体上制备熔覆层；同时，对实验使用6061铝合金基板进行表面处理，使用砂纸打磨去除基体材料表面氧化层与毛刺，使用乙醇溶液清洗、去除基体材料表面杂质，烘干后立即进行试验；
(4)采用同轴送粉式激光熔覆技术，在6061基体表面制备高致密度的Al-Si熔覆层；控制激光熔覆的送粉速度5g/min，光斑直径4mm，搭接率为80％参数不变，分别调整激光功率和扫描速度，按照(a)激光功率为4000W，扫描速度为6mm/s，(b)激光功率为4400W，扫描速度为8mm/s，(c)激光功率为5000W，扫描速度为10mm/s的参数控制，进行三次对比激光熔覆实验，根据成形熔覆层的金相显微图，以表征合适的激光功率和扫描速度参数。
由于优化配比上述纳米TiN颗粒增强铝基复合粉末，与铝基粉末粒径分布相近，元素分布均匀，比铝基粉末具有更好的激光吸收率特性，两者具有相似的熔点及熔化温度区间，表明两种粉末在激光熔覆成形时，具有良好的成形适用性。因此，可采用铝基复合粉末选取合适的工艺参数来制备两种熔覆层。
本对比例制备的三组激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层金相显微图，见附图6所示。其中，(a)为激光功率为4000W，扫描速度为6mm/s参数制备的熔覆层金相显微图；(b)为激光功率为4400W，扫描速度为8mm/s参数制备的熔覆层金相显微图；(c)为激光功率为5000W，扫描速度为10mm/s参数制备的熔覆层金相显微图。
本对比例中，实验例1和实验例3熔覆层中出现明显的裂纹和气孔，实验例2的激光熔覆层未出现明显的气孔和裂纹，说明激光功率和扫描速度参数合适，进而可以得出，在激光功率4400W，扫描速度8mm/s，送粉速度5g/min，光斑直径4mm，搭接率为80％的工艺参数下，也能够制备致密度较高的TiN/铝基复合熔覆层。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按照选定的铝基合金粉末的元素及配比选取合金原料混合，并进行真空熔炼处理；
（2）将上述处理后的物料进行真空球磨处理，并将得到的铝基合金粉末进行粒度筛分，备用；
（3）在惰性气体保护下，利用惰性气体蒸发冷凝法制备得到TiN纳米颗粒；
（4）将步骤（2）所述铝基合金粉末与步骤（3）中所述TiN纳米颗粒进行混料处理，并经脱脂及粒度筛分得到TiN/铝基复合粉末，备用；
（5）采用激光熔覆技术，将所述TiN/铝基复合粉末在6061铝合金基体表面制备熔覆层，即得；
其中，所述步骤（1）中，所述铝基合金粉末的化学元素配比包括：Si：9.5-9.9wt%，Mg：0.2-0.3wt%，Fe：0.1-0.2wt%，余量的Al；
所述真空熔炼处理步骤的温度为700-800℃，保温时间为1-2h；
所述步骤（3）中，所述惰性气体蒸发冷凝法的控制参数包括：惰性气体气压为5000-6000Pa，起弧电流为150-200A，电压为25-30V，起弧时间为1-3小时；
所述步骤（4）中，所述混料处理步骤包括在惰性气体保护下，将所述铝基合金粉末、所述TiN纳米颗粒与粘结剂进行挤出混料的步骤；所述粘结剂包括聚甲苯；所述步骤（4）中，所述脱脂步骤采用氮气作为保护气体和运载气体，以硝酸气体充当脱脂催化剂；所述铝基合金粉末、所述TiN纳米颗粒与粘结剂的质量比为48.5：1.5：50；
所述步骤（5）中，所述激光熔覆技术的控制参数包括：激光功率为4400W，扫描速度为8mm/s，送粉速度5g/min，光斑直径4mm，搭接率为80%。
2.根据权利要求1所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，
所述真空球磨处理步骤的参数包括：采用真空行星式球磨方法，控制球磨转速为400-550r/min，球磨30-50分钟停机10分钟，球磨时间为4-6小时；
所述筛分步骤中，控制所述铝基合金粉末的粒度范围为50-120μm，D50为70-80µm。
3.根据权利要求1所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述脱脂步骤控制参数包括：通入量为1g/min，炉内温度为130℃，脱脂时间为2小时。
4.根据权利要求1-3任一项所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述筛分步骤中，控制所述复合粉末的粒度范围为50-120μm，D50为60-70µm。
5.根据权利要求1所述激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，还包括将所述TiN/铝基复合粉末放置于80 ℃、真空度为-0.06MPa真空干燥箱中进行干燥的步骤。
6.由权利要求1-5任一项所述制备方法制备得到的激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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