專利名稱：一種利用激光快速重熔制備硼鋁鎂三元合金涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用激光快速重熔制備硼鋁鎂三元合金涂層的方法，屬于制備功能材料、金屬材料表面改性領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硼鋁鎂合金(BAM)是美國(guó)能源部Ames Laboratory實(shí)驗(yàn)室的研究人員1999年在無意中制備得到的。它比聚四氟乙烯光滑，摩擦系數(shù)只有0.02。BAM具有一個(gè)復(fù)雜的低對(duì)稱性的64原子的斜方晶系結(jié)構(gòu)，在它的結(jié)構(gòu)中存在空位，這與具有簡(jiǎn)單的、高對(duì)稱性的晶體結(jié)構(gòu)的超硬材料不同，主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面(1)通過添加一些像Si、TiB2等物質(zhì)可以使得BAM的硬度增大，而一般的超硬材料則恰恰相反；(2)BAM具有很好的電導(dǎo)性。BAM的獨(dú)特性能為其的改性提供了有利的條件。Cook等通過脈沖激光沉積方法對(duì)比研究了室溫和573K下形成的BAM的性能差異， 進(jìn)一步通過將Si、TiB2、Fe304等摻加到BAM中改變其硬度等性能。2009年，Roberts等通過脈沖電流燒結(jié)方法制備了 BAM。脈沖激光沉積方法制備了 BAM但脈沖激光沉積法對(duì)靶材要求較高，涂層很薄。以上方法均不適合大規(guī)模生產(chǎn)，且制備方法成本高。目前的制備方法有高溫1400度持續(xù)24小時(shí)以上，這鐘方法耗能高，條件苛刻，難以做成涂層。脈沖電流燒結(jié)法，脈沖激光沉積法制備BAM，均難以實(shí)現(xiàn)BAM大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。所以現(xiàn)有技術(shù)中，需特殊設(shè)備，工藝復(fù)雜，高耗能，高污染，耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種制備硼鋁鎂三元合金涂層的激光快速重熔方法。技術(shù)方案一種利用激光快速重熔制備硼鋁鎂三元合金涂層的方法，其特征在于步驟如下步驟1 將鎂粉、硼粉和鋁粉進(jìn)行球磨或研碎，球磨后，硼粉、鎂粉、鋁粉的粒徑均為5μπι-10μπι;然后硼粉、鎂粉、鋁粉分別按70 80% 10 13%: 12 15%的質(zhì)量百分比的比例混合；步驟2 將混合好的粉末與純酒精以0. 15 0. 25g/ml的濃度比例混合，在攪拌中將混合懸濁液均勻涂到鋼板表面，置于水平地方自然風(fēng)干；所述鋼板需要打磨表面、拋光；步驟3 將風(fēng)干好的鋼板以激光功率為50 450W，掃描速率10 80mm/s，光斑直徑0. 1 2mm，正離焦，在氬氣保護(hù)下激光進(jìn)行重熔得到硼鋁鎂三元合金涂層。所述鋼板采用砂紙打磨表面層至銀白色，再用砂紙拋光后清水清洗后風(fēng)干。有益效果本發(fā)明提出的一種利用激光快速重熔制備硼鋁鎂三元合金涂層的方法，利用激光熔覆技術(shù)，獲得不受常規(guī)條件下的溶解度和平衡相圖所確定的相規(guī)律限制的合金表面涂層，這種合金涂層具有高的耐磨性、耐蝕性和良好的電磁和熱性能。與傳統(tǒng)噴涂工藝相比， 激光表面熔覆技術(shù)具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)(1)熔覆層組織致密，晶粒細(xì)小，具有較好的抗氧化、耐腐蝕、耐磨損等性能；(2)熔覆層與基材呈良好的冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度較高；(3)對(duì)基材的熱輸入量小，基材的熱影響區(qū)較??；(4)基材對(duì)涂層的稀釋度較小；(5)激光表面熔覆過程可精確控制，后續(xù)機(jī)械加工量??；6)可對(duì)工件進(jìn)行局部熔覆處理，處理部位變形小， 熔覆過程可控性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。該技術(shù)目前已較為成熟，相關(guān)理論也有很大發(fā)展。相比于傳統(tǒng)方法，實(shí)現(xiàn)方便，節(jié)能環(huán)保，易于大規(guī)模生產(chǎn)，易于自動(dòng)化生產(chǎn)。本項(xiàng)目在工程應(yīng)用中也同樣具有深遠(yuǎn)的影響。在鉆頭和其他切削工具外表涂一層堅(jiān)硬的BAM涂層也具有非常大的應(yīng)用前景，原本用于此的金剛石雖然更堅(jiān)硬，但它會(huì)與鋼發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此會(huì)受到腐蝕，而BAM涂層更廉價(jià)且不會(huì)受到鋼的腐蝕。另外據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，給飛機(jī)的旋翼葉片涂一層BAM涂層，僅2微米后的涂層就可以減少葉片與外罩之間的摩擦，這意味著該涂層可以每年為國(guó)家節(jié)約12億元。激光重熔法制備BAM涂層，優(yōu)勢(shì)在于節(jié)約具有戰(zhàn)略價(jià)值且昂貴的合金元素，獲得不受常規(guī)條件下的溶解度和平衡相圖所確定的相規(guī)律限制的新合金、非晶態(tài)和表面涂層， 這種合金涂層具有高的耐磨性、耐蝕性和良好的電磁和熱性能。激光重熔法易于自動(dòng)化控制，制備迅速，涂層厚度可以做到毫米級(jí)以上。有速度快，成本低，效果好的優(yōu)勢(shì)。


圖1 利用激光快速重熔制備硼鋁鎂三元合金涂層的掃描電鏡圖
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例1 步驟1 將鎂粉用球磨機(jī)分開球磨12小時(shí)待用，將硼粉用研缽手動(dòng)研磨半小時(shí)主要將團(tuán)聚塊研碎后待用，鋁粉直接準(zhǔn)備好待用；所述硼粉、鎂粉、鋁粉的粒徑均為 5口111-1(^111;然后硼粉、鎂粉、鋁粉分別按70%: 10% 12%的質(zhì)量百分比的比例混合；步驟2 將混合好的粉末與純酒精以0. 15 0. 25g/ml的濃度比例混合，并用玻璃棒不斷攪拌，在一分鐘內(nèi)邊攪拌邊將將混合懸濁液均勻涂到45號(hào)鋼板表面，置于水平地方自然風(fēng)干；所述鋼板需要打磨表面、拋光；所述的45號(hào)鋼板用80目砂紙打磨表面層至銀白色，再用400目砂紙打磨，最后用1000目砂紙拋光。清水清洗后風(fēng)干待用。步驟3 將風(fēng)干好的鋼板以激光功率為50 450W，掃描速率10 80mm/s，光斑直徑0. 1 2mm，正離焦，在氬氣保護(hù)下激光進(jìn)行重熔得到硼鋁鎂三元合金涂層。實(shí)施例2 步驟1 將鎂粉用球磨機(jī)分開球磨12小時(shí)待用，將硼粉用研缽手動(dòng)研磨半小時(shí)主要將團(tuán)聚塊研碎后待用，鋁粉直接準(zhǔn)備好待用；所述硼粉、鎂粉、鋁粉的粒徑均為 5 μ m-10 μ m;然后硼粉、鎂粉、鋁粉分別按74. 7% 11.9% 13. 4%的質(zhì)量百分比的比例混合；步驟2 將混合好的粉末與純酒精以0. 15 0. 25g/ml的濃度比例混合，并用玻璃棒不斷攪拌，在一分鐘內(nèi)邊攪拌邊將將混合懸濁液均勻涂到45號(hào)鋼板表面，置于水平地方自然風(fēng)干；所述鋼板需要打磨表面、拋光；所述的45號(hào)鋼板用80目砂紙打磨表面層至銀白色，再用400目砂紙打磨，最后用1000目砂紙拋光。清水清洗后風(fēng)干待用。
步驟3 將風(fēng)干好的鋼板以激光功率為50 450W，掃描速率10 80mm/s，光斑直徑0. 1 2mm，正離焦，在氬氣保護(hù)下激光進(jìn)行重熔得到硼鋁鎂三元合金涂層。
權(quán)利要求
1.一種利用激光快速重熔制備硼鋁鎂三元合金涂層的方法，其特征在于步驟如下 步驟1 將鎂粉、硼粉和鋁粉進(jìn)行球磨或研碎，球磨后，硼粉、鎂粉、鋁粉的粒徑均為5 μ m-10 μ m;然后硼粉、鎂粉、鋁粉分別按70 80% 10 13%: 12 15%的質(zhì)量百分比的比例混合；步驟2 將混合好的粉末與純酒精以0. 15 0. 25g/ml的濃度比例混合，在攪拌中將混合懸濁液均勻涂到鋼板表面，置于水平地方自然風(fēng)干；所述鋼板需要打磨表面、拋光；步驟3 將風(fēng)干好的鋼板以激光功率為50 450W，掃描速率10 80mm/s，光斑直徑 0. 1 2mm，正離焦，在氬氣保護(hù)下激光進(jìn)行重熔得到硼鋁鎂三元合金涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用激光快速重熔制備硼鋁鎂三元合金涂層的方法，其特征在于所述鋼板采用砂紙打磨表面層至銀白色，再用砂紙拋光后清水清洗后風(fēng)干。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用激光快速重熔制備硼鋁鎂三元合金涂層的方法，利用激光熔覆技術(shù)，獲得不受常規(guī)條件下的溶解度和平衡相圖所確定的相規(guī)律限制的表面合金涂層，這種合金涂層具有高的耐磨性、耐蝕性和良好的電磁和熱性能。與傳統(tǒng)噴涂工藝相比，激光表面熔覆技術(shù)具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)(1)熔覆層組織致密，晶粒細(xì)小，具有較好的抗氧化、耐腐蝕、耐磨損等性能；(2)熔覆層與基材呈良好的冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度較高；(3)對(duì)基材的熱輸入量小，基材的熱影響區(qū)較?。?4)基材對(duì)涂層的稀釋度較??；(5)激光表面熔覆過程可精確控制，后續(xù)機(jī)械加工量??；6)可對(duì)工件進(jìn)行局部熔覆處理，處理部位變形小，熔覆過程可控性好。
文檔編號(hào)B23K26/34GK102296290SQ20111026618
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者盧福*, 李峰, 耿興國(guó), 肖夢(mèng)夢(mèng), 郭震遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)