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镁合金因其密度低、极高的比强度和比刚度、良好的机械加工性能、优良的尺寸稳定性、良好的机械减震性能及电磁屏蔽性能而被誉为21世纪理想的工程材料。但镁合金高的化学活性和低的力学性能限制了其应用。为此,本文采用激光熔覆技术在AZ91HP镁合金表面制备了Cu-Zr-Al合金涂层,以期综合提高提高镁合金表面的力学和降低化学性能。 首先,在前期基于团簇线判据,优化设计Cu-Zr-Al非晶合金成分的基础上,采用电弧熔炼法将高纯度Cu、Zr、Al合金元素按最佳非晶成分Cu58.1Zr35.9Al6熔炼成母合金,经球磨制成粒度为200目的合金粉末,以此作为涂层材料。然后,分别采用宽光束和单光束两种激光模式在AZ91HP镁合金表面制备了Cu-Zr-Al合金涂层,并利用现代微观分析技术和性能检测手段,对合金涂层微观组织结构、性能特征及其随工艺参数的变化规律进行了系统分析。 实验结果表明,宽光束激光熔覆Cu-Zr-Al合金涂层主要是由ZrCu、Cu8Zr3、Cu10Zr7和Cu51Zr14金属间化合物所构成,其中ZrCu相呈连续网状分布于由Cu8Zr3和Cu10Zr7相所构成的灰色区周围。熔覆区和热影响区之间呈现出非平直界面结合特征。热影响区为典型的α-Mg+β-Mg17Al12树枝晶共晶组织,且树枝晶延伸方向同熔池对流和温度梯度有关。由于合金涂层多种金属间化合物的增强作用,致使合金涂层具有高的硬度、弹性模量、耐磨性和耐蚀性能。 在单光束激光模式下,由于激光熔覆区高的加热和冷却速率,致使Cu-Zr-Al合金涂层显微组织发生明显变化。XRD分析表明,合金涂层主要是由非晶、Cu10Zr7和Cu8Zr3相所构成,且随着扫描速度增加,涂层中非晶相含量逐渐增加,其最高可达60%。利用谢勒公式对XRD衍射谱进行计算分析得知,涂层中晶化相的晶粒尺寸主要介于15nm-60nm之间。合金涂层在腐蚀剂侵蚀下其显微组织呈现出无衬度形貌特征。涂层结合区与基体之间的结合形态为非平直晶面型;热影响显微组织与扫描速度密切相关。当扫描速度低于某一临界值时,热影响区组织为树枝状α-Mg+β-Mg17Al12共晶组织,而当扫描速度高于临界值时,热影响区组织则为细小的α-Mg等轴晶。在非晶相和金属间化合物复合作用下,非晶复合涂层具有较高的硬度、弹性模量、耐磨性和耐蚀性。