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镁合金是最轻的结构材料之一,具有较高的比强度、比刚度以及良好的稳定性、导热性、耐冲击性、易回收等优势,被誉为“21世纪绿色工程材料”,广泛应用于3C(计算机、通讯及电子产品)、汽车、航空航天及现代兵器工业领域。然而镁合金耐磨性和耐蚀性差,极大地限制了其优势的发挥。激光表面改性技术是提高镁合金耐磨性和耐蚀性的有效途径,因此成为研究的重点。 本文分别采用CO2激光与Nd:YAG激光在AZ31B镁合金表面熔覆Al涂层,研究了激光工艺参数对熔覆层形貌以及熔深、熔宽的影响,分析了所得熔覆层的显微组织及耐蚀性,并优化工艺参数;为了进一步增强镁合金表面的耐磨性,在其表面尝试熔覆添加陶瓷增强相的Al+Al2O3涂层,观察熔覆层的宏观形貌及显微组织,测试并分析其硬度、耐磨性以及耐蚀性。研究得出以下结论: (1)采用CO2激光(激光功率P=3000w,扫描速度v=200mm/min)熔覆涂覆厚度为0.8mm的Al涂层时,得到了与镁合金基体结合良好的熔覆层;熔覆层熔深和熔宽随着扫描速度减小、激光功率增大而增加。熔覆层由α-Al、β-Mg17Al12和Mg2Al3相组成,从熔覆层底部到表面,晶粒尺寸逐渐减小。熔覆层的硬度可达151HV0.05,较基体提高2-3倍;熔覆层腐蚀电位由基体的-1558mV提高到-1338mV,自腐蚀电流密度由9.68μA/cm2降低到0.54μA/cm2,耐蚀性显著提高。 (2)采用正交实验得知,Nd:YAG激光熔覆Al涂层时的最优激光参数为:电流I=220A,激光脉宽t=3.5ms,扫描速度V=250mm/min。熔覆层主要由α-Al、β-Mg17Al12和Mg2Al3相组成。熔覆层的顶部硬度最高为150HV0.05,中部为143HV0.05,较基体硬度(55HV0.05)得到了显著提高;熔覆层自腐蚀电位较镁合金基体正移了186mV,自腐蚀电流密度减小到0.79μA/cm2,耐蚀性有了明显提高。 (3)在本实验条件下,在镁合金基体上熔覆Al+Al2O3涂层,Al2O3陶瓷颗粒含量为5%时熔覆层成型最好,随着其含量的增加,熔覆层的缺陷增多;熔覆层由β-Mg17Al12、Mg2Al3、Al2O3以及α-Al相组成;熔覆层结合区主要由β-Mg17Al12、α-Mg组成。 (4) Al+Al2O3熔覆层的硬度较基体提高了3-4倍,较Al熔覆层提高了约75HV0.05;磨损量较基体都减少了44%以上。熔覆层的磨损特征以磨粒磨损为主,基体则是磨粒磨损与黏着磨损共同作用。含10%Al2O3熔覆层腐蚀电位最高,为-1359mV;含5%Al2O3熔覆层腐蚀电位为-1388mV;含15%Al2O3熔覆层腐蚀电位最低,为-1408mV;Al2O3含量为5%和10%的熔覆层自腐蚀电流密度都较基体提高了一个数量级。