论文部分内容阅读
铝合金材料具有密度小、比强度高以及抗腐蚀性较好等特点,广泛应用于船舶、汽车、航空航天等工业领域。使用激光熔覆技术将粉末材料熔化,在铝合金基体表面形成冶金结合的熔覆层,能够进一步提高铝合金基体的耐磨损、耐腐蚀和力学等性能,扩大其应用范围。本文通过真空球磨制备AlSi10Mg粉末,采用蒸发冷凝法制备纳米级TiN陶瓷颗粒,并运用金属注射成型（MIM）中的喂料技术混合制备AlSi10Mg/3wt.%TiN粉末。利用激光熔覆技术在6061铝合金表面制备AlSi10Mg和AlSi10Mg/3wt.%TiN两种Al-Si熔覆层。研究激光功率、扫描速度两个主要工艺参数对单道熔覆层几何形貌的影响规律以及与熔覆层表面球化、气孔和微裂纹间的关系。通过微观结构观测和物理化学表征,对比研究了两种熔覆层的显微硬度、耐腐蚀及摩擦磨损性能,阐明TiN陶瓷颗粒对AlSi10Mg熔覆层的增强机制。本文的研究成果如下:1.AlSi10Mg粉末和AlSi10Mg/3wt.%TiN复合粉末球形度较高,表面粗糙度低,粒径适中,元素分布均匀,纳米TiN颗粒均匀地弥散分布在AlSi10Mg颗粒表面,所制备的AlSi10Mg/3wt.%TiN复合粉末具有良好的激光吸收率特性。2.考察了激光功率和扫描速度对熔覆层宏观形貌和微观组织缺陷的影响。激光功率的变化,对熔覆层宽度和深度变化的影响比较明显,而对熔覆层高度变化的影响较小。激光功率在一定范围内增加有利于孔隙缺陷的改善,而当其增加超出这个范围则导致孔隙缺陷加剧。增加激光功率,能够减轻熔覆层表面球化现象的同时熔覆层晶粒逐渐粗大;扫描速度的变化,对熔覆层宽度和高度变化的影响比较明显,而对扫描速度的变化表现得较复杂,增加扫描速度,能够减轻熔覆层球化现象和裂纹缺陷,熔覆层晶粒细化。3.研究了 AlSi10Mg和AlSi10Mg/3wt.%TiN熔覆层的摩擦磨损性能。AlSi10Mg和AlSi10Mg/3wt.%TiN熔覆层相对于基体摩擦系数分别降低22.1%和29.4%,磨损率分别降低34%和49.6%。两种熔覆层与基体冶金结合良好,熔覆层晶粒从内部到表面的变化趋势为由粗大转变为细小、由柱状晶转变为等轴晶。AlSi10Mg熔覆层中部以及顶部是由球状或纤维状的共晶Si,将Al相分割成单个胞状的等轴晶。其主相为α（Al）相、共晶Si相以及少量Mg2Si强化相,Mg2Si强化相提高了熔覆层硬度;AlSi10Mg/3wt.%TiN熔覆层中出现TiN增强相,显微组织更加细小,TiN颗粒随着液态金属流动,均匀地分布在晶界四周,并有少量的TiN颗粒分布在晶粒内,产生弥散强化,进一步提高熔覆层硬度。测试结果表明,AlSi10Mg和AlSi10Mg/3wt.%TiN熔覆层相对于基体硬度分别提升22.5%和33.1%。4.研究了 AlSi10Mg和AlSi10Mg/3wt.%TiN熔覆层的耐腐蚀性能。6061基体中的Al-Fe-Si相,能促使周围的基体腐蚀和溶解;而AlSi10Mg熔覆层中分布在Al晶粒四周的共晶Si,能够阻断阳极Al相的腐蚀通道,其腐蚀性能得到提升;AlSi10Mg/3wt.%TiN熔覆层组织更加细化,共晶硅偏析现象较少,熔覆层自身生成的钝化膜更加致密,TiN颗粒均匀分布在在晶界四周,能够进一步阻碍电解质扩散和减少腐蚀的通道和路径。因此耐腐蚀性由高至低的顺序为:AlSi10Mg/3wt.%TiN熔覆层＞AlSi10Mg熔覆层＞6061基体。