A380铝合金激光熔覆层的组织及性能研究

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铝及铝合金具有密度小,比强度高,塑性好等优点,因此被广泛应用于航空航天、汽车制造、便携电子产品等方面,但其同时有硬度低、耐磨耐蚀性差、热稳定性差等缺点,限制了铝合金更广泛的应用。因此,扩大铝及铝合金的应用领域必然对铝合金性能方面会提出更高的要求。本文以A380铝合金为研究对象,通过激光表面处理技术(包括激光表面重熔及激光熔覆)对合金表面进行改性,并对改性层的组织形貌、成分、相组成、硬度和耐蚀性能进行分析研究,通过对比激光处理前后材料表层的性能变化,得到以下结论:(1)A380铝合金经过激光重熔处理后,试样由表及里可分为三个不同的区域,分别为重熔层上部的熔凝区,重熔层底部的过渡区,基体。重熔层中主要包括Al-Si共晶、初生硅、Al基体及少量Al-Si亚共晶、Al-Fe化合物。重熔层上部组织明显细化,平均显微硬度较基体提高了35%以上。在3.5wt%NaCl水溶液中的腐蚀测试显示,重熔后的样品阻抗值变大,电容电弧直径增加,腐蚀电位提高,腐蚀电流密度减小,耐蚀性大大提高。(2)将Al/Ni/TiC粉末按质量比3:1:0.5的比例混合后,选定合适的参数熔覆在A380铝合金表面,得到与基体结合良好的熔覆层。熔覆层中相组成主要为TiC、Al及少量Al3Ti、Al3Ni、Al4C3。在激光功率为3500W,扫描速度为2mm/s的参数下得到的熔覆层平均硬度为163.8HV,在激光功率为3500W,扫描速度为4mm/s的参数下得到的熔覆层平均硬度为173.3HV,较基体(59.1HV)提高2.82.9倍。熔覆层自腐蚀电位(-1.2V左右)较基体自腐蚀电位(-0.7170V)明显向负向移动,且腐蚀电流密度高于基体,结合极化曲线及EIS图谱等分析可知,熔覆层的耐蚀性降低。(3)将Al/Ni/SiC粉末按质量比3:1:0.5的比例混合后,熔覆在A380铝合金基体表面,通过XRD及能谱分析,熔覆层中相组成主要为Al-Ni化合物、Al-Si过共晶、初生Al及Al4C3相。熔覆层上部的部分区域聚集出现针状沟痕,推测为初生Si形貌,但在腐蚀处理过程中Si脱落,形成沟痕。熔覆层的平均显微硬度为95±2HV,较基体提高65%以上。在扫描速度为1mm/s,激光功率为4500W和4700W的参数下得到的熔覆层自腐蚀电位为-0.8V左右,在扫描速度为0.5mm/s,激光功率为4700W的参数下得到的熔覆层自腐蚀电位为-1.0359V,较基体自腐蚀电压(-0.7180V)明显向负向移动,且腐蚀电流密度增加,说明熔覆层耐蚀性较基体降低。(4)对三种改性方法进行比较发现,通过激光熔覆粉末能更大幅度的提高材料表面硬度,但激光重熔能提高基体表面耐蚀性,而熔覆层的生成较基体而言耐蚀性降低。对熔覆的两种粉末进行比较发现,加入TiC颗粒的熔覆层,由于含有未熔化的TiC颗粒,硬度较基体而言提高更大。加入SiC颗粒的熔覆层,由于激光功率大等原因,SiC颗粒大部分熔化,熔覆层中下部硬度更接近于重熔硬度。从电化学腐蚀方面比较,虽然两种熔覆层的耐蚀性较基体而言均有所下降,但加入SiC颗粒的熔覆层比加入TiC颗粒的熔覆层耐蚀性略高。
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