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激光表面处理提高镁合金耐蚀、 耐磨性方法之一激光表面熔凝

发布时间:2023-08-26 阅读:237

镁合金是最轻的金属结构材料之一 , 在航空航天、汽车制造和电子等领域具有广阔的应用前景, 但是 , 镁合金较差的耐蚀、 耐磨性能阻碍了其在应用中发挥优势 。要想通过冶炼, 提高材料整体的耐蚀、 耐磨性能是相当困难的 , 价格昂贵且难以实现。由于腐蚀与磨损是材料的表面行为 , 因此进行适当的表面处理 , 改善材料的表面性能是解决镁合金腐蚀和磨损问题最直接有效的方法。目前,镁合金所采用的表面改性措施主要有化学转化处理、 阳极氧化处理、 微弧氧化、 激光表面处理、化学镀及电镀等。激光表面处理一直受到人们的重视 , 具有非接触加工、能源清洁、对基体热影响小、 便于准确定位和自动控制等特点 。激光表面熔凝、合金化、复合强化、合金化+复合强化、熔敷和多层熔敷 , 这几种技术在提高镁合金耐蚀、耐磨性方面已取得了一定的成果。

激光表面熔凝

激光表面熔凝, 是用高能激光束辐照金属表面 , 使一定厚度的表层材料瞬间熔化 , 之后依靠处于低温的基体 , 将熔池急冷从而改善材料表面性能的方法。这种处理方法可使材料表面组织发生较大变化 , 包括晶粒细化、第 2 相的重新分布、 提高基相中合金及杂质元素的固溶度等 , 这些因素可使镁合金的耐蚀、 耐磨性能得到提高。

ABBAS 对AZ31, AZ61 和 WE43 镁合金进行了激光表面熔凝处理 , 为减少处理过程中材料的氧化和蒸发 , 采用氩气对激光熔池进行保护。 ABBAS 等人 采用高功率二极管激光研究了激光表面熔凝对AZ31 和 AZ61 镁合金耐磨性的影响 , 改性层厚约 1mm,改性层内是均匀细密的树枝晶 , 晶粒尺寸不足 5 μ m, 比处理前约减小一个数量级 , 改性层的显微硬度约提高 2倍 , 耐磨性有了显著提高。 ABBAS 等人 采用连续CO 2 激光对 AZ31,AZ61 和 WE43 镁合金表面进行熔凝处理 , 改性层厚约 1mm, 改性层内晶粒尺寸约减小一个数量级 , α基相内合金及杂质元素的固溶度增加 ,β相的分布更加均匀、 细密、 连续。腐蚀试验表明 , 激光熔凝处理使 AZ31, AZ61 和 WE43 的腐蚀失重分别减小了30%,66% 和 87%, 材料的耐蚀性有了较大提高。MAJUMDARA 等 采用CO 2 连续激光对 MEZ 镁合金表面进行熔凝处理 , 采用氩气对激光熔池进行保护。激光处理后的改性层与基体结合良好 , 没有裂纹、气孔等缺陷 , 基体内没有明显的热影响区 , 改性层内是细密的柱状晶 , 晶粒尺寸比处理前约减小一个数量级 ,第 2 相沿晶界分布 , 更加细密、 均匀 , 改性层显微硬度提高了 2 倍 ~ 3 倍。

腐蚀试验表明 , 腐蚀速率约降低45 倍 , 激光熔凝处理使材料的耐蚀、 耐磨性能都有了显著提高。研究表明 , 改性层的厚度与激光功率成正比 , 与扫描速度成反比 , 当激光功率过大或扫描速度过低时 , 虽然改性层厚度增加 , 但改性层内的晶粒尺寸也会有所增加 , 同时表面材料蒸发严重 , 容易造成表面不平、 改性层内出现气孔等缺陷。因此 , 为得到一定厚度且性能良好的改性层 , 应对工艺参数进行优化。

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