轻合金表面激光熔覆Ni-Zr-Al合金组织与性能

摘要

镁、铝合金因其密度小，比强度高、良好的导电导热性能成为理想的工程材料。但镁、铝合金较低耐蚀性和力学性制约了其在生产中的应用。因此采用激光熔覆技术提高镁、铝合金表面性能。 现在许多已有的熔覆材料体系还远不能满足镁合金和铝合金使用性能和工艺性能的需要，镍基合金因具有良好的耐蚀性、耐磨性，高的强度和硬度，以及与镁、铝良好的物化相容性，是镁、铝合金表面改性的理想材料。 本文根据团簇线判据设计一系列合金成分并对其优化，通过组织、性能测试，可知，随着第三组元Al含量的增加，合金中Ni10Zr7相的相对含量逐渐减少，而Ni21Zr8相的相对逐渐增加，成分由过共晶状态逐渐向亚共晶状态偏移，当Al含量为6at.％时，成分最靠近共晶成分，因此，Ni60.16Zr33.84Al6合金晶粒最细小，硬度高，熔点低，耐腐蚀性好，成为镁、铝合金良好的熔覆材料。 在镁合金表面激光熔覆Ni60.16Zr33.38Al6合金，由于镁合金基体的稀释作用，使涂层中在含有的同时含有少量的Mg，激光功率一定时，随扫描速度增加，涂层冷却速度增加，使非晶含量增加，若速度过大，则因成分不能混合均匀，降低约化玻璃转变温度，非晶形成能力降低，受此综合影响，因此，在速度为10mm/s时非晶含量最大；由于受形成非晶和晶粒大小的综合影响，致使涂层的硬度与扫描速度之间存在最佳匹配关系，即在扫描速度为10mm/s涂层获得最大硬度；由于非晶和微晶的复合增强作用，与镁合金基体相比，涂层具有较高的耐磨性、耐腐蚀性。 采用激光熔覆工艺在铝合金表面制备Ni基合金涂层，与镁合金表面激光熔覆Ni60.16Zr33.38Al6合金的熔覆层相比，除含有相同的Ni10Zr7、Ni21Zr8相外还含有少量的Al，显微组织均是羽毛状树枝晶，由于铝合金表面易形成致密的氧化膜，影响表面结合，加入少量的B粉和Si粉造渣，增强表面结合能力。研究表明，由于受微区合金溶液成分和结晶参数不均匀的影响，沿熔覆层层深的变化，树枝晶变粗；功率的增加，Ni21Zr8相的含量增加，Ni10Zr7相的含量降低。激光功率为2.7kW、3.0kW时，熔覆层的组织均为黑色基体上分布着羽毛状树枝晶，当激光功率到达2.4kW、3.2kW时，熔覆层则呈现出块状晶。受晶粒大小的影响，激光功率为3.0kW的涂层获得最大硬度，所以其抗磨粒磨损能力越好，不同激光功率下的熔覆层在3.5wt％NaCl溶液中质量几乎不变，抗盐腐蚀能力良好。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1镁、铝合金的性质及应用

1.1.1镁合金的性质及应用

1.1.2铝合金的性质及应用

1.2熔覆材料成分设计

1.3镁合金表面改性的研究进展

1.3.1化学及电化学表面处理

1.3.2机械表面处理

1.3.3载能束表面处理

1.3.4镁合金激光表面改性技术

1.4铝合金表面改性的研究进展

1.4.1化学转化膜处理

1.4.2铝合金表面金属涂层处理

1.4.3铝合金激光表面改性

1.5本论文的立题依据及研究内容

2 Ni-Zr-Al合金成分设计

2.1 Ni-Zr-Al合金成分设计理论原理

2.2合金样品的制备

2.3实验方法

2.3.1微观组织分析

2.3.2热力学性能分析

2.3.3性能测试

2.4 Ni-Zr-Al合金微观组织与性能

2.4.1合金的微观组织

2.4.2成分对合金显微组织的影响

2.4.3成分对合金熔点的影响

2.4.4成分对合金硬度的影响

2.4.5成分对合金耐蚀性的影响

2.5本章小结

3镁合金表面激光熔覆Ni-Zr-Al合金涂层

3.1激光熔覆实验材料的制备方法

3.1.1熔覆材料的制备

3.1.2实验设备

3.1.3熔覆材料供给方式

3.1.4激光熔覆的工艺参数

3.2实验仪器及方法

3.2.1显微组织测试

3.2.2性能测试

3.2.3腐蚀实验

3.3熔覆层的组织与性能

3.1.1涂层组织分析

3.1.2激光熔覆Ni-Zr-Al合金涂层的性能分析

3.2激光扫描速度对涂层组织的影响

3.3激光扫描速度对涂层性能的影响

3.3.1激光扫描速度对涂层硬度的影响

3.3.2激光扫描速度对涂层耐磨性的影响

3.3.3激光扫描速度对涂层耐蚀性的影响

3.4本章小结

4铝合金表面激光熔覆Ni-Zr-Al合金

4.1铝合金激光熔覆试验方法

4.2铝合金表面激光熔覆Ni-Zr-Al合金

4.2.1熔覆层显微组织

4.3铝合金表面激光熔覆Ni-Zr-Al-B-Si合金

4.3.1熔覆层组织与性能

4.3.2激光功率对显微组织的影响

4.3.3激光功率对性能的影响

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢