激光表面处理技术应用及瞻望

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  激光加工技术是近几十年来快速发展起来的一门高新技术。综述激光表面改性技术在铁合金上的研讨与应用。研讨激光表面处理技术在镁合金中应用的发展走向和宽敞宽大豪放远景。

  镁合金具备密度小,比强度、比刚度高,导热性好,良好的电磁屏蔽特性和阻尼减震能力。镁合金已代替很多锌、铝、铸铁和钢等材料,广泛运用于航空航天、汽车、计算机、通信等行业,特别是汽车行业对镁合金零件的需求量急增,使镁合金的运用表示出强劲的发展势头。但是,镁合金较差的耐磨性、耐蚀性制约着镁合金潜力的发挥。因此,镁合金的表面处理技术受到研讨者的高度正视。

  激光表面处理技术是近十几年发展起来的一门新技术,相对当前的镁合金材料表面改性处理技术,激光法因为能进行部分快速加热和经过选择波长使其产生特定的化学反应,所以对材料表面改性更能起到极大的作用。激光表面处理方法主要有激光表面相变及冲击硬化、激光表面熔凝、激光表面合金化及激光表面熔覆等。其中,运用于镁合金中的激光表面改性技术主要是激光熔凝、激光合金化及激光熔覆。

  1、镁合金激光表面熔凝

  激光熔凝是利用高功率密度的激光在极短的时间内与金属交互作用,将金属表面部分区域刹时加热到相当高的温度并使之溶化,随后借助于冷態的金属基体吸热和传热过程使溶化的金属表层快速凝结,从而改变零件表层组织和特性和功能。因为这一过程是在快速加热和快速冷却下完成的,所以得到的硬化层组织较细,硬度也高于常规淬火的硬度。这种技术提升了金属材料及零件的表面硬度、耐磨性、耐蚀性及强度和高温特性和功能等。

  在真空条件下,高亚丽等对AZ91HP镁合金进行了激光熔凝处理。结果发现镁合金激光熔凝层主要是由α3/Mg相和β-Mg17Al12相所构成。伴随着激光扫描速度的增加,熔凝层硬度、耐磨性也随之增加。但在不同扫描速度下,激光熔凝层耐蚀性较基体镁合金有所降低,且伴随着扫描速度的降低,熔凝层耐蚀性降落幅度增大。

  AKousomichalis、曾爱平等用KrF激光在真空条件下照射打磨过的AZ3lB4H试样表面。发现试样表面显微描绘为荡漾状,而且激光处理后表面与无处理的试样相比较呈张应力。激光处理层30μm显微硬度比基体的低,激光处理过的试样耐蚀性有较大的提升。

  选用Nd:YAG激光器,DDube等对AZ91D和AM06B两种镁合金进行了激光熔凝处理,其微观结构呈树枝状,晶粒得到细化,尽管经过激光热处理的AM60B镁合金的腐蚀特性和功能高于AZ91D,但并无得到明显的提升。乃至在某些技术参数下会明显降低耐腐蚀特性和功能。Yaojun等在AZ91D镁合金表面进行激光熔凝,熔凝层产生的微观组织结构较平均,相对应地提升了激光熔凝层的耐磨性。利用2kW持续波的CO2激光器,G.Abas等对A3Z1、AZ61和WE43镁合金表面进行激光熔凝,熔凝试样在20℃下被淹没在pH值为10.5的氯化钠(品质分数为5%)溶液中10d,结果显示经过激光熔凝后的镁合金的耐蚀性得到了提升,细化了合金的微观结构,增加了合金元素在。相固溶体中的浓度,使β相散播得更平均,产生1层耐蚀层。

  2、镁合金激光表面合金化

  激光表面合金化是经过溶化基体表面预先涂覆的膜层和部分基体,或在表面溶化的同时注人某些粉末,膜层或表面在熔池中液態混合后发生快速凝结,从而在表面产生1层具备期望特性和功能的合金薄层,以提升基体特性和功能。近年来,铝及铝合金激光表面合金化研讨比较活泼,而对镁及镁合金的激光表面合金化的研讨并不好多。

  WangAA等在镁基体上用激光进行Mg和Al合金化处理,经过TEM的选区电子衍射斑点发现了镁铝合金的存在,其样品的抗腐蚀特性和功能优于铸镁和镁合金。RGalun等选用铝、铜、镍和硅等元素,使用5kW CO2激光器对镁合金表面进行合金化.溶化深度为700-1200μm,表面硬度达到250HV。表面合金层合金元素的品质分数为15%-55%,加人铜合金时,抗腐蚀特性和功能有较大改进,而加人铝合金时抗腐蚀特性和功能明显增强。

  3、镁合金激光表面熔覆

  激光熔覆技术是利用高能密度激光束将具备不同成分、特性和功能的合金与基体表面快速溶化,在基体表面产生与基体具备完全不同成分和特性和功能的合金层的快速凝结过程。生成的表层合金层把基体与腐蚀介质隔断开,材料的腐蚀特性和功能就由合金层决定。镁合金激光表面处理因为不需要真空等尖刻的环境条件,对工件尺寸约束比比较小,近年来,伴随着激光熔覆技术的不断完善,其在镁合金表面抗蚀性方面的运用愈来愈受到国表里研讨者的正视。



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