專利名稱：一種鎂合金表面激光沉積復(fù)合強(qiáng)化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金表面激光沉積復(fù)合強(qiáng)化的方法。
背景技術(shù)：
鎂合金是所有結(jié)構(gòu)用合金中密度最低的，與其他合金相比，其具有比強(qiáng)度、比剛度高，導(dǎo)熱性好，有很好的阻尼吸振性，較強(qiáng)的抗電磁干擾能力和優(yōu)良的切削加工性，可再利用等優(yōu)點，被譽(yù)為“二十一世紀(jì)的綠色工程材料”。目前，鎂合金已廣泛應(yīng)用在電子器材、交通運(yùn)輸工具、航空航天以及軍事等方面。但是，鎂的化學(xué)穩(wěn)定性低，電極電位很低，鎂合金的耐磨和耐腐蝕性較差，長時間嚴(yán)重制約著其材料潛力的發(fā)揮。不銹鋼具有良好的耐腐蝕性，常被用作易腐蝕材料的涂層，但是不銹鋼的耐磨性較差，硬質(zhì)陶瓷顆粒具有高強(qiáng)度、高 硬度、高熔點等特點，其加入可以使不銹鋼涂層同時具有良好的耐腐蝕性和耐磨性等優(yōu)異性能，具有非常廣闊的運(yùn)用前景。而激光表面強(qiáng)化技術(shù)是鎂合金主要采用的激光表面改性處理技術(shù)之一，其具有激光能量密度高，熱影響區(qū)小，熱效應(yīng)和熱變形小等特點。運(yùn)用激光強(qiáng)化技術(shù)可以可以提高材料表面的硬度、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性以及抗疲勞性等，從而提高工件的使用壽命。采用陶瓷增強(qiáng)顆粒與激光強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)，可以更大程度地提高鎂合金的耐腐蝕性、硬度和耐磨性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種鎂合金表面激光沉積復(fù)合強(qiáng)化的方法，它具有提高鎂合金耐腐蝕性、硬度和耐磨性的優(yōu)點。本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，一種鎂合金表面激光沉積復(fù)合強(qiáng)化的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟1)對基板表面進(jìn)行前處理，主要包括對基板進(jìn)行粗化處理，去除表面的氧化物和銹潰，使基板容易與涂層形成牢固的結(jié)合；2)將粗化后的基板用有機(jī)溶劑清洗表面，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干或自然風(fēng)干；3)將一定粒度大小的SiC和316L粉末按一定比例放入混料機(jī)里充分混合，然后將混合好的SiC-316L粉末在氬氣或者氦氣的保護(hù)下，使用激光器在合適的工藝參數(shù)下進(jìn)行掃描輻照，粉末靠近焦點進(jìn)入激光，基板遠(yuǎn)離焦點，形成SiC-316L復(fù)合涂層；所述SiC顆粒的粒度大小為400 800目，316L不銹鋼粉末的粒度為200 500目，SiC、316L的質(zhì)量配比為1:1 1:10，粉末靠近焦點進(jìn)入激光，基板遠(yuǎn)離焦點，基板離焦量為5 60mm ;使用氬氣或氦氣氣體保護(hù)，所述激光器的激光功率1500W 3000W,掃描速度400mm/niiη 1500 mm/min ,光斑直徑2_ 4mm，基板離焦量為5 60mm ;所述有機(jī)溶劑為丙酮或酒精。本發(fā)明的技術(shù)效果是1、采用該技術(shù)制備的涂層與基體冶金結(jié)合，非常牢固，不易剝落；涂層表面平整致密；2、激光是一種清潔能源，對環(huán)境沒有污染；激光能量和掃描速度可精確控制，制備工藝簡單、綠色清潔環(huán)保，利于實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化；3、采用該技術(shù)強(qiáng)化的鎂合金表面不但提高了其耐腐蝕性，而且其硬度提高了 2倍，耐磨性提高了 I倍。


圖I為本發(fā)明實例I的激光沉積復(fù)合涂層組織形貌圖。圖2為本發(fā)明實例2的激光沉積復(fù)合涂層組織形貌圖。圖3為本發(fā)明實例3的激光沉積復(fù)合涂層組織形貌圖。圖4為本發(fā)明實例I的涂層XRD分析圖譜。圖5為本發(fā)明實例I、實例2、實例3和實例4制備的復(fù)合涂層硬度線性圖。圖6為本發(fā)明實例I、實例2、實例3和實例4制備的復(fù)合涂層相對耐磨性線性圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例以及附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。實施例I
首先用噴砂機(jī)對基板AZ31鎂合金的表面進(jìn)行噴砂處理，去除表面的銹層和氧化物，得到了表面粗糙度較大的表面；將粗化后的AZ31鎂合金用丙酮溶液清洗表面，至表面清潔無油污等；然后自然風(fēng)干備用；將600目的SiC粉和300目的316L不銹鋼粉以I :9的比例放入混料機(jī)中混合3h，使SiC粉和316L不銹鋼粉充分混合均勻制備成SiC-316L復(fù)合粉末，將AZ31鎂合金放在激光器的工作臺上，采用激光進(jìn)行輻照掃描粉末和基板，激光的工藝參數(shù)為激光功率為2200W，掃描速度為1200mm/min，光斑直徑為2mm，基板離焦量為5mm，；形成SiC-316L復(fù)合涂層的組織形貌以及相關(guān)參數(shù)參看附圖I、圖4、圖5和圖6。實施例2
首先用噴砂機(jī)對基板AZ31鎂合金的表面進(jìn)行噴砂處理，去除表面的銹層和氧化物，得到了表面粗糙度較大的表面；將粗化后的AZ31鎂合金用丙酮溶液清洗表面，至表面清潔無油污等；然后自然風(fēng)干備用。將600目的SiC粉和300目的316L不銹鋼粉以I :9的比例放入混料機(jī)中混合3h，使SiC粉和316L不銹鋼粉充分混合均勻制備成SiC-316L復(fù)合粉末。將AZ31鎂合金放在激光器的工作臺上，采用激光進(jìn)行輻照掃描粉末和基板，激光的工藝參數(shù)為激光功率為1900W，掃描速度為1200mm/min，光斑直徑為2_，基板離焦量為5mm ；形成SiC-316L復(fù)合涂層的組織形貌以及相關(guān)參數(shù)參看附圖2、圖5和圖6。實施例3
首先用噴砂機(jī)對基板AZ31鎂合金的表面進(jìn)行噴砂處理，去除表面的銹層和氧化物，得到了表面粗糙度較大的表面；將粗化后的AZ31鎂合金用丙酮溶液清洗表面，至表面清潔無油污等；然后自然風(fēng)干備用。將600目的SiC粉和300目的316L不銹鋼粉以I :9的比例放入混料機(jī)中混合3h，使SiC粉和316L不銹鋼粉充分混合均勻制備成SiC-316L復(fù)合粉末。將AZ31鎂合金放在激光器的工作臺上，采用激光進(jìn)行輻照掃描粉末和基板，激光的工藝參數(shù)為激光功率為2500W，掃描速度為1200mm/min，光斑直徑為2mm，基板離焦量為5mm ;形成SiC-316L復(fù)合涂層的組織形貌以及相關(guān)參數(shù)參看附圖3、圖5和圖6。實施例4
首先用噴砂機(jī)對基板AZ31鎂合金的表面進(jìn)行噴砂處理，去除表面的銹層和氧化物，得到了表面粗糙度較大的表面；將粗化后的AZ31鎂合金用丙酮溶液清洗表面，至表面清潔無油污等；然后自然風(fēng)干備用。將600目的SiC粉和300目的316L不銹鋼粉以I :9的比例放入混料機(jī)中混合3h，使SiC粉和316L不銹鋼粉充分混合均勻制備成SiC-316L復(fù)合粉末。將AZ31鎂合金放在激光器的工作臺上，采用激光進(jìn)行輻照掃描粉末和基板，激光的工藝參數(shù)為激光功率為2800W，掃描速度為1200mm/min，光斑直徑為2mm，基板離焦量為5mm ;形成SiC-316L復(fù)合涂層的相關(guān)參數(shù)參看圖5和圖6。綜上所述圖1、2、3分別為實例I、實例2和實例3制備出的復(fù)合涂層的微觀結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出涂層表面平整且無宏觀裂紋、氣孔缺陷，涂層晶粒均勻細(xì)小，復(fù)合優(yōu)良涂層特征。圖4為實例I制備的復(fù)合涂層的XRD成分圖，該涂層中主要存在沒有反應(yīng)的原始相Mg、Fe和SiC等，氧化物MgO和Si02。快速熔化和快速凝固是激光熔注的主要特點，涂層中的316L不銹鋼粉末與SiC粉末通過激光區(qū)域時間較短，熔注粉末自身反應(yīng)機(jī)率較小，并且鎂合金基體中的Mg元素由于激光輻照產(chǎn)生的對流而擴(kuò)散到熔池的上方，與涂層粉末混合。所以涂中存在比較多的Mg、Fe和SiC相。
圖5為實例I、實例2、實例3、實例4獲得的復(fù)合涂層的硬度曲線圖，從圖中可以看出制備的涂層硬度大幅度提高，涂層硬度最高值達(dá)到了 150HV，約為基板材料的4倍。圖6為實例實例I、實例2、實例3、實例4獲得的復(fù)合涂層的相對耐磨性曲線圖，從圖中可以看出制備的涂層相對耐磨性得到相應(yīng)提高，最高硬度約為基板材料的2倍?？傊幢景l(fā)明方法強(qiáng)化的鎂合金，在普通激光表面強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，添加了不銹鋼粉末和陶瓷相顆粒，同時提高了材料表面的耐腐蝕性能、硬度和耐磨性。且該技術(shù)生產(chǎn)工藝簡單、綠色清潔環(huán)保，利于實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，制得的合金性能優(yōu)異，使用壽命長，有很好的經(jīng)濟(jì)前景。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金表面激光沉積復(fù)合強(qiáng)化的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟I)對基板表面進(jìn)行前處理，主要包括對基板進(jìn)行粗化處理，去除表面的氧化物和銹潰，使基板容易與涂層形成牢固的結(jié)合；2)將粗化后的基板用有機(jī)溶劑清洗表面，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干或自然風(fēng)干；3)將一定粒度大小的SiC和316L粉末按一定比例放入混料機(jī)里充分混合，然后將混合好的SiC-316L粉末在氬氣或者氦氣的保護(hù)下，使用激光器在合適的工藝參數(shù)下進(jìn)行掃描輻照，粉末靠近焦點進(jìn)入激光，基板遠(yuǎn)離焦點，形成SiC-316L復(fù)合涂層。
2.如權(quán)利要求I所述的一種鎂合金表面激光沉積復(fù)合強(qiáng)化的方法，其特征在于，所述SiC顆粒的粒度大小為400 800目，316L不銹鋼粉末的粒度為200 500目，SiC、316L的質(zhì)量配比為1:1 1:10,粉末靠近焦點進(jìn)入激光,基板遠(yuǎn)離焦點,基板離焦量為5 60mm。
3.如權(quán)利要求I所述的一種鎂合金表面激光沉積復(fù)合強(qiáng)化的方法，其特征在于，使用氬氣或氦氣氣體保護(hù)，所述激光器的激光功率1500W 3000W，掃描速度400mm/min 1500 mm/min,光斑直徑2_ 4mm，基板離焦量為5 60mm。
4.如權(quán)利要求I所述的一種鎂合金表面激光沉積復(fù)合強(qiáng)化的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為丙酮或酒精。
全文摘要
一種鎂合金表面激光沉積復(fù)合強(qiáng)化的方法，所述方法包括以下步驟1)對基板表面進(jìn)行前處理，對基板進(jìn)行粗化處理，去除表面的氧化物和銹漬，使基板容易與涂層形成牢固的結(jié)合；2)將粗化后的基板用丙酮等有機(jī)溶劑清洗表面，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干或自然風(fēng)干；3)將一定粒度大小的SiC和316L粉末按一定比例放入混料機(jī)里充分混合，將混合好的SiC-316L粉末在氬氣或者氦氣的保護(hù)下，使用激光器在合適的工藝參數(shù)下進(jìn)行掃描輻照，粉末靠近焦點進(jìn)入激光，基板遠(yuǎn)離焦點；本發(fā)明環(huán)保經(jīng)濟(jì)，并能顯著提高鎂合金耐腐蝕性、硬度和耐磨性。
文檔編號C23C24/08GK102703894SQ20121022436
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者吳文妮, 張堅, 熊光耀, 趙明娟, 趙龍志 申請人:華東交通大學(xué)