在ZM5上预置AlY粉末激光合金化的研究
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在ZM5上预置Al—Y粉末激光合金化的研究
陈长军1’2。张敏1。闰文青1。张诗昌1.王茂才2 (1.武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,材料与冶金学院,湖北武汉430081;
2.中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室,辽宁沈阳1lool6)
摘要:为了提高镁合金耐海水的腐蚀抗力,使用C02激光对在删5上预置不同厚度的Al—Y粉末进行激光
关键词:镁合金;激光合金化;铝一钇;几何特征;腐蚀
中图分类号:TGl74.44
文献标识码:A
文章编号:1001.3814(2007)01.0033.04
Study of Laser AUoying of Preplacing Al—Y Powder on ZM5 Alloy Substrate
C唧_N Chang-jllIll”,ZHANG Minl,YAN Wen—qin91,Z地~NG Shi-chan91,WANG Mao—cai2 (1.‰,,厶西D兀加,y如r尼瑚珊肌枷Ⅱ彤觚d尺e如眦e5耽矗如越洳0,胁施打y旷尉llcm幻啊Cb如舻旷肘舭诎& 胁刎£l,彩形以觎‰西e乃砂矿sc拓,lce&死c^no地∞形z胁l 430081,吼i删2.&疵‰),鼬Dr咖可扣r Go玎佛幻n∞d
图6为1。、44、5一样品截面的显微硬度分布。
6
64.35
66.70
35.6S
33,30
ZM5基材的硬度在90~100 HV之间:激光合金化
3 200
图2为激光合金化层的截面金相照片。图2 (a)、(b)、(c)的截面形状特征分别等同于图l(b)、 (c);而图2(d)则等同于图1(d)。从图2可看出,图 2(a)合金化层具有环状偏析的特征。该偏析是由于 熔池内的对流作用将过多的基材带入合金化层.在 没有与合金化层材料进行充分混合的条件下产生 凝固而形成的,即它是严重稀释造成的冈,这对合金 化层的使用性能将产生严重的不利影响。但该合金 化层中无气孑L、裂纹等缺陷。而在图2嘞、(c)、凹合 金化中均存在一定程度的气孔.只是其数量和大小 各不相同。图2油中的气孔数量较多,而且气孔的 直径还较大,这对合金化层的使用性能也将产生不 利影响。图2(b)中的气孔数量与图3(c)、(d)相比相对 较少。在本试验中,基本规律是预置的粉末越厚时, 气孔数量越多。气孔主要是由合金化层中的气泡来 不及逸出所造成的嘲。
charac蜘stics microsc叩ic poim of、,iew,tlle geometric
are托latcd to the dilu石on.A good metallllr垂cal bonding
intel矗ce is ob协i11ed.11圮mpid∞lidification ca吣ed咖all锄d wh沁yttri呦·con讪ing ph鹊es are fo彻ed in mc
1试验方法
先使用粘结剂将A1.Y合金粉末(粒度为74 ¨m,加f3.6%)预置到ZM5镁合金基材上,然后利 用C02激光辐照预置的粉末。使用的设备为5 kW 横流CO:激光器。合金化参数为:功率1.5 kW,扫
描速度15删[Il/s,焦距360衄。为了防止合金化过
《热加工工艺》2007年第36卷第23期 万方数据
皓180一2arctan(2胁够)
(1)
合金化层的表征,如肜和日使用金相显微镜
直接测量,其A。和A。使用金相显微镜中附带的 软件进行计算。秽值与预置粉末层厚度珥的关系
使用Origin软件进行拟合,得出本试验条件下的 口值与珥的关系。
2试验结果与讨论
2.1合金化层几何形状和组织特征
表l为计算得出的合金化层的相关几何参数。 表明在相同的激光工艺参数作用下,珥对合金化
55.8l
46.77
44.19
4
6I.37
63.8I
38.63
36.19
5
52.27
54,86
47.73
45.14
表3合金化层外边缘Mg和Al的含量
图4中标注 位置
Mg
毗
at%
Al
、矾%
at%
相的形成对合金化层腐蚀性能的改善将有一定的 作用。从图5可看出,1”样品衍射峰的数量明显较 多,仅一Mg和Mg。7Al,:的相数量也相对较多,表明此 时粉末与基材的相互作用比较剧烈,进一步证明了 图2(a)中提到的偏析,即严重稀释。而5“样品衍射 峰的数量相对较少,几乎没有Mg相生成,生成的 Mg,7Al,:相数量也相对较少,稀释率较低。
a110ying la)惯in di脑钮t for娜.And mc microhar血ess of位all叫ng∞∞c柚be up t0 250—325HV,but tllat ofme
subs虹a她is only 80-looHV.1t峙corrosi∞resistance of廿坞alloying saInples is衄hanced in coInparis∞t0 the衄仃eated
是固定预置粉末厚度(或送粉速率),改变激光输出 功率和扫描速度来优化其工艺参数。实际上,当激 光输出功率、扫描速度等参数固定后,改变预置粉 末厚度(或送粉速率)同样可找到最优的参数,为此 本文通过固定激光器的输出功率、扫描速度、焦距,
在删5上预置不同厚度的A1.Y合金粉末进行合
金化。研究其合金化层的显微结构和显微硬度,并 对合金化层的耐蚀性进行评价。
合金化。激光合金化后,对涂层的显微结构和显微硬度进行了研究。对所得样品进行浸泡腐蚀实验。结果表明。涂
层的相组成为Mgl7Alm A12Y、Al和Mg。当粉末预置厚度增加时,合金化层中的灿2Y比例增加,Mg。,m12比例随之 减少。粉末预置厚度不同,得到的合金化层有三种不同的几何形状.合金化层几何形状在微观上同稀释率相对应。 实验得到冶金结合的界面。由于快速凝固过程而获得细小的、白色的具有不同形状特征的含稀土相。涂层的硬度 可达到250~325 Hv。而基材的硬度仅为80~100Hv。同基材相比。激光处理后,涂层的耐蚀性得到显著提高。
从合金化层中存在的孔洞和获得的界面角结 果可以发现,预置粉末厚度较大时,其孔隙率较 大、界面角较小。
研究表明【4】:界面角主要取决于合金化层的 高度、熔化层的表面张力及其润湿性。对于确定的 粉末与基材组合。界面角主要由预置粉末层厚度 所决定。一般随预置粉末厚度的增加而呈线性减
图2不同厚度砧.Y粉末合金化时的合金化层截面图(a一1。样品;¨。样品;c.5。样品;d.≯样品) 燃加工工艺》2007年第36卷第23期
_焊接·切割(6)
程中的氧化和燃烧,熔池采用直径为4mm的铜管 进行侧吹保护,氩气流量为10 L/min。然后对试样 合金化层的形状特征、显微结构、成分和腐蚀性能 进行表征。
单道合金化后的合金化层(涂层)的形状特征 用图1所示的几何参数来表征嘲:合金化高度日 (mm),合金化宽度形(mm),粉末熔化面积A。(Ⅱlrn2) 和基材熔化面积A埘(mm2)。在所有表征的几何参数 中,稀释率D和界面角p是非常重要的两个表征
量。D划。朋Ⅲ+Ac),主要用来表征基体材料在合金
化过程中同外加粉末之间的相互作用程度。由于 合金化层的宽度与基材熔化区域的宽度存在着对 应关系,且基本不受合金化工艺参数所影响,因此 D的计算可简化为:D晶lI/①。如0(k为基材熔化 区域的熔化深度,^。为粉末熔化区域韵高度)冈。从 冶金学角度出发。为获得结合颇佳的涂层.基体和涂 层之间往往需要有一定程度的稀释率;但从实际使 用效果来说,稀释率越小,则涂层的使用效果越好。
万方数据
少.且不受激光功率或扫描速度的影响。将本试验 得到的试验数据使用计算机软件进行拟合,得到 口与Zb的关系为如一35.1日P+201。
图3为l。、48、5。样品的界面。从界面结合情 况来看,其熔合线均比较清晰,热影响区非常窄。 界面附近的合金化层均存在白色析出相和胞晶, 差别不太明显,均为冶金结合。图4为1。、4’、5。样
刁讧5吼lbs自隐te.
Key words:Mg alloy;laser a110ying;Al·Y;geometric charact嘶stics;corrosion
激光表面合金化对改善镁合金的耐蚀性是非 常行之有效的。在快速凝固镁合金中,舢是唯一一 种显著改善镁合金耐蚀性的元素。同时稀土元素的 加入对改善镁合金的耐蚀性也非常显著旧。由于单 质稀土不仅制备困难。而且还非常容易氧化。故一 般单质稀土很少直接在镁合金上使用。而A1.Y的 熔体具有流动性好,抗氧化能力比较强的优点,故 我们采用灿.Y粉末进行合金化研究。
品合金化层外表面的组织特征.可看出此时的白 色析出相在大小和形态上存在差别。经电子探针 分析.图中的白色物质均为含Y的稀土相。对图3 和图4中标注数字的区域进行能谱分析。结果见 表2和表3。从表3可见,除去Mg-Al化合物所在 的区域Mg含量较高外,富砧的区域Al含量可 达59.33%,同时该区域还含有40.67%的Mg,表
1k rcsults show nlat也e phaSes of coating lay盯consis乜of M917All2,AlJAl锄d Mg.111e mlative proponion of A12Y
incre嬲es wi也the incre鹤e of pr印1aced powder thich圮船,whilc the化la_tive proponion of Mgl7All2 decrea∞s.From
156
400
l 100 63.64
3 700
30
1.5
144
600
l 280 53.13
3 700
矿
2
138
655 l 714.29 61.79
3 436
50
2.5
135
818 1 857.14 55.95
3 909