鋁合金表面激光熔覆Al2O3涂層工藝研究.pdf

1、以異丙醇鋁[Al(OC3H7)3]為前驅(qū)體，在ZL109鋁合金表面用非水性溶膠凝膠法分別制備了Al2O3凝膠預(yù)覆層和CNT/Al2O3復(fù)合凝膠預(yù)覆層，采用連續(xù)Nd∶YAG激光器進(jìn)行激光熔覆實(shí)驗(yàn)。研究了激光功率、掃描速度、碳納米管濃度對(duì)熔覆層組織和性能的影響。采用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、顯微硬度計(jì)和摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)熔覆層進(jìn)行相結(jié)構(gòu)、表面和截面形貌、顯微硬度分析和摩擦磨損性能分析。
　　Al2O3凝膠預(yù)覆層的激光熔覆結(jié)果表明，A

2、l2O3熔覆層厚約5-10μm，主要由α-Al2O3相和γ-Al2O3相組成。掃描速度200mm/min，激光功率500W時(shí)，Al2O3熔覆層較致密但不均勻，存在少量未完全結(jié)晶的球狀凝膠顆粒。掃描速度200mm/min，激光功率600W時(shí)，Al2O3凝膠顆粒消失，熔覆層更加致密，α-Al2O3相衍射峰顯著增強(qiáng);掃描速度增加到400mm/mm，γ-Al2O3相向α-Al2O3相轉(zhuǎn)變的程度降低，截面組織較為疏松，且部分涂層出現(xiàn)了剝落。激光功

3、率800W，掃描速度200mm/min和400mm/min下，熔覆層表面質(zhì)量均較差，表層出現(xiàn)了針狀鋁合金組織，熔覆層不連續(xù)，厚薄不均，Al2O3涂層可能因蒸發(fā)而脫落。
　　在ZL109鋁合金表面制備Al/C摩爾比為8∶1和2∶1的CNT/Al2O3復(fù)合凝膠預(yù)覆層，掃描速度400mm/min，不同激光功率下進(jìn)行激光熔覆實(shí)驗(yàn)。Al/C摩爾比為8∶1，激光功率600W時(shí)，熔覆層主要由α-Al2O3和γ-Al2O3相組成，并存在均勻分散的

4、碳納米管;激光功率增加到900W，熔覆層中碳納米管與Al2O3凝膠反應(yīng)生成Al2OC相，熔覆層變得平整致密、均勻連續(xù)。Al/C摩爾比為2∶1時(shí)，熔覆層由α-Al2O3，γ-Al2O3和Al2OC相組成。600W激光功率下，熔覆層中存在沒(méi)有轉(zhuǎn)化為結(jié)晶態(tài)的球形Al2O3凝膠;激光功率增加至900W，整個(gè)熔覆層全由直徑幾十納米的球形顆粒組成，顆粒之間存在大量孔隙。
　　熔覆層顯微硬度取決于熔覆層的相結(jié)構(gòu)及表面形貌。掃描速度200mm/m

5、in時(shí)熔覆層的顯微硬度明顯比400mm/min時(shí)高。掃描速度一定時(shí)，Al2O3熔覆層顯微硬度隨激光功率的增加而先增后減。掃描速度200mm/min，激光功率600W時(shí)Al2O3熔覆層顯微硬度最高，可達(dá)264HV0.025，是鋁合金基體的5倍，同時(shí)摩擦系數(shù)為0.41。CNT/Al2O3熔覆層顯微硬度比Al2O3熔覆層降低。Al/C摩爾比為2∶1時(shí)，熔覆層顯微硬度最高為136HV0.025，Al/C摩爾比為8∶1時(shí)，熔覆層顯微硬度最高可達(dá)2