鎂合金表面激光熔覆Cu-Zr-Al合金涂層.pdf

1、鎂合金因其密度低、極高的比強(qiáng)度和比剛度、良好的機(jī)械加工性能、優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性、良好的機(jī)械減震性能及電磁屏蔽性能而被譽(yù)為21世紀(jì)理想的工程材料。但鎂合金高的化學(xué)活性和低的力學(xué)性能限制了其應(yīng)用。為此，本文采用激光熔覆技術(shù)在AZ91HP鎂合金表面制備了Cu-Zr-Al合金涂層，以此提高鎂合金表面的力學(xué)和降低化學(xué)性能?；趫F(tuán)簇線判據(jù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)Cu-Zr-Al非晶合金成分的基礎(chǔ)上，采用電弧熔煉法將高純度Cu、Zr、Al合金元素按最佳非晶成分Cu5

2、8.1Zr35.9Al6熔煉成母合金，經(jīng)球磨制成粒度為200目的合金粉末，以此作為涂層材料。采用寬光束和單光束兩種激光模式在AZ91HP鎂合金表面制備了Cu-Zr-Al合金涂層，并利用現(xiàn)代微觀分析技術(shù)和性能檢測(cè)手段，對(duì)合金涂層微觀組織結(jié)構(gòu)、性能特征及其隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)分析。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，寬光束激光熔覆Cu-Zr-Al合金涂層主要是由ZrCu、Cu8Zr3、Cu10Zr7和Cu51Zr14金屬間化合物所構(gòu)成，其中Z

3、rCu相呈連續(xù)網(wǎng)狀分布于由Cu8Zr3和Cu10Zr7相所構(gòu)成的灰色區(qū)周圍。熔覆區(qū)和熱影響區(qū)之間呈現(xiàn)出非平直界面結(jié)合特征。熱影響區(qū)為典型的α-Mg+β-Mg17Al12樹枝晶共晶組織，且樹枝晶延伸方向同熔池對(duì)流和溫度梯度有關(guān)。由于合金涂層多種金屬間化合物的增強(qiáng)作用，致使合金涂層具有高的硬度、彈性模量、耐磨性和耐蝕性能。在單光束激光模式下，由于激光熔覆區(qū)高的加熱和冷卻速率，致使Cu-Zr-Al合金涂層顯微組織發(fā)生明顯變化。XRD分析表明，

4、合金涂層主要是由非晶、Cu10Zr7和Cu8Zr3相所構(gòu)成，且隨著掃描速度增加，涂層中非晶相含量逐漸增加，其最高可達(dá)60﹪。利用謝勒公式對(duì)XRD衍射譜進(jìn)行計(jì)算分析得知，涂層中晶化相的晶粒尺寸主要介于15nm-60nm之間。合金涂層在腐蝕劑侵蝕下其顯微組織呈現(xiàn)出無襯度形貌特征。涂層結(jié)合區(qū)與基體之間的結(jié)合形態(tài)為非平直晶面型；熱影響顯微組織與掃描速度密切相關(guān)。當(dāng)掃描速度低于某一臨界值時(shí)，熱影響區(qū)組織為樹枝狀α-Mg+β-Mg17Al12共晶組