鋁合金表面硅化改性研究.pdf

1、鋁合金具有比重輕、比強(qiáng)度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好等諸多優(yōu)點(diǎn),其工業(yè)應(yīng)用日益廣泛。隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展,其硬度低、耐磨性能差等缺點(diǎn)在一定程度上限制了它的應(yīng)用。因此,對鋁合金表面進(jìn)行強(qiáng)化是表面改性領(lǐng)域內(nèi)的一個重要研究課題。在鋁合金眾多的表面改性中,高硅鋁合金優(yōu)異的高硬度、耐磨性能吸引著人們的眼球。激光處理技術(shù),特別是激光熔覆技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)吸引了許多研究者的關(guān)注,因此利用激光熔覆技術(shù)對鋁合金表面進(jìn)行改性顯示出良好的應(yīng)用前景。
　　 本文

2、在系統(tǒng)闡述了鋁合金表面激光熔覆制備各種性能的硅涂層的現(xiàn)狀及存在的問題的基礎(chǔ)上,以提高鋁合金表面硅含量為目的,提出了激光輔助滲硅技術(shù)。利用橫流CO2高激光器,以鋁合金為基材,在其表面預(yù)置硅粉后進(jìn)行激光處理,并研究熔覆工藝參數(shù)對覆層質(zhì)量的影響,得出了較優(yōu)化工藝參數(shù)。并對優(yōu)化參數(shù)下的組織形貌進(jìn)行了觀察研究,對Si含量、顯微硬度分布、摩擦磨損等進(jìn)行了測試與分析。此外,對激光熔覆樣品進(jìn)行了熱處理研究,得出了一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對于高硅鋁合金和激光技術(shù)

3、的應(yīng)用開發(fā)都具有重要的意義。
　　 實(shí)驗(yàn)表明,不合理的工藝參數(shù)會帶來氣孔、裂紋等現(xiàn)象,而優(yōu)化參數(shù)(激光功率P=2.4kW,掃描速度V=300 mm/min)條件下制備的涂層質(zhì)量較好,生成了沿深度方向分布依次為熔覆區(qū)、結(jié)合區(qū)、基體熱影響區(qū)的強(qiáng)化層?；w熱影響區(qū)仍保持原來的組織,結(jié)合區(qū)處的凝固組織呈現(xiàn)典型外延生長,在熔覆區(qū)存在大量五星瓣、板狀的初晶硅相。強(qiáng)化層的深度達(dá)到1 mm以上,且Si元素含量明顯高于基體部分,顯微硬度分布由表及

4、里地呈現(xiàn)下降趨勢,且最高硬度可達(dá)為320 HV,平均硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基體。同時,熔覆層的摩損失重量約為基體的1/2左右,摩擦系數(shù)大約0.41,相對于鋁合金基體來說,耐磨性大大增加。
　　 對激光優(yōu)化參數(shù)下熔覆的高硅涂層試樣進(jìn)行了不同參數(shù)的擴(kuò)散加熱處理,發(fā)現(xiàn)隨著保溫時間的延長或者加熱溫度的提高,初晶硅開始溶解斷裂并且圓整鈍化,但是超過一定的保溫時間和加熱溫度,初晶硅相組織反而惡化,出現(xiàn)搭接長大的現(xiàn)象,說明擴(kuò)散加熱處理對初晶硅形態(tài)的改善

5、是通過硅原子的擴(kuò)散來完成。經(jīng)擬合硅元素分布曲線并計(jì)算得到硅在450℃下的擴(kuò)散系數(shù)D為4.8942×10-13m2s-1,500℃下為7.6992×10-13m2s-1,550℃下為8.4316×10-13m2s-1,由此可知,擴(kuò)散激活能Q為42.1238×103J/mol,擴(kuò)散常數(shù)D0為5.4089×10-10m2s-1。同時硬度值得到提高,特別是距離表面0.7mm處以及更深區(qū)域的總體硬度有明顯的提高。最佳參數(shù)為500℃下保溫36小時,