铝合金表面激光熔覆AlFeMnSi系多主元合金涂层的组织与性能研究

发布时间：2017-09-06 22:22

  本文关键词：铝合金表面激光熔覆AlFeMnSi系多主元合金涂层的组织与性能研究

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【摘要】：铝合金具有密度低、易加工、比强度和比刚度高等特点,在工业上具有广泛的应用。然而,铝合金的表面硬度低、摩擦系数高、磨损量大,很大程度上限制了铝合金的应用范围。通过激光熔覆可以在铝合金表面获得晶粒细小、致密而且结合性好的强化层。相比于传统熔覆材料,多主元合金突破了传统合金的设计理念,由多种主要元素组成,通过成分的改变,可以在很宽的范围调整润湿性以及硬质相和韧性相的比例,有助于缺陷的控制。本文通过激光熔覆技术在铝合金表面制备了Al-Fe-Mn-Si系多主元合金涂层,研究了激光熔覆工艺、熔覆层的宏观形貌、物相、显微组织、显微硬度及耐磨性能。利用YAG激光器在6061铝合金表面激光熔覆Al-Fe-Mn-Si系多主元合金涂层的工艺理想取值范围为:扫描速度V=4~5mm/s、峰值功率pm=5~6kw、脉冲宽度tp=6~8ms、离焦量D=4~5mm、频率f=8HZ。利用优化的激光熔覆工艺,在铝合金表面得到的涂层宏观质量较好。熔覆层由等轴晶与树枝晶组成,过渡区出现平面晶组织。激光熔覆制备的AlFeMnSiZn多主元合金涂层和AlFeMnCoCrSix多主元合金涂层的相组成主要是具有简单FCC结构的α-Al固溶体,AlFeMnSiZn多主元合金涂层中还生成了少量金属间化合物Al13Fe4和Al6Mn;AlFeMnCoCrSix多主元合金涂层中出现了金属间化合物Al8Fe2Si、Al13Fe4、Al6Mn,且随着Si含量的降低,生成的金属间化合物增多。AlFeMnSiZn多主元合金涂层的表面显微硬度可达330HV0.2;相比于基体的硬度102 HV0.2,提高了2倍。AlFeMnCoCrSix多主元合金涂层比基体的硬度提高了3~7倍,其硬度变化趋势:AlFeMnCoCrSi0.1涂层AlFeMnCoCrSi0.7涂层AlFeMnCoCrSi1涂层AlFeMnCoCrSi0.4涂层。磨损试验结果表明,AlFeMnSiZn多主元合金涂层的磨损体积为基体磨损体积的1/4,磨损机制为粘着磨损和轻微的磨粒磨损同时作用。AlFeMnCoCrSix多主元合金涂层都存在磨粒磨损和一定程度的剥落,磨损体积为基体磨损体积的0.14~0.34倍,其中AlFeMnCoCrSi0.7多主元合金涂层由于韧性相和硬质颗粒的搭配比例最合适,故其耐磨性能表现最好。
【关键词】：铝合金 激光熔覆 Al-Fe-Mn-Si系 多主元合金涂层 耐磨性
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 铝合金的运用及其表面强化技术9-11
• 1.1.1 铝合金简介9-10
• 1.1.2 铝合金的表面强化技术10
• 1.1.3 激光表面改性技术10-11
• 1.2 激光熔覆技术11-17
• 1.2.1 激光熔覆的原理与方法11-13
• 1.2.2 激光熔覆的特性13-15
• 1.2.3 铝合金表面激光熔覆材料体系15-17
• 1.3 多主元合金17-20
• 1.3.1 多主元合金简介17-19
• 1.3.2 多主元合金的性能特点19
• 1.3.3 激光熔覆法制备多主元合金19-20
• 1.4 本文的研究目的和内容20-22
• 2 实验材料及方法22-31
• 2.1 实验材料和设备22-24
• 2.1.1 基体材料22-23
• 2.1.2 熔覆材料23-24
• 2.1.3 实验设备24
• 2.2 激光熔覆试验方法24-28
• 2.2.1 熔覆材料预处理25
• 2.2.2 预置涂层25-26
• 2.2.3 激光熔覆试验26-28
• 2.3 熔覆层的组织与质量检测28-31
• 2.3.1 熔覆层组织结构分析28
• 2.3.2 熔覆层物相分析28
• 2.3.3 熔覆层显微硬度测试28-29
• 2.3.4 熔覆层的摩擦磨损试验29-31
• 3 激光熔覆工艺的优化31-40
• 3.1 引言31-32
• 3.2 扫描速度对熔覆层的影响32-34
• 3.3 峰值功率对熔覆层的影响34-35
• 3.4 脉冲宽度对熔覆层的影响35-37
• 3.5 离焦量对熔覆层的影响37-39
• 3.6 本章小结39-40
• 4. 铝合金表面激光熔覆AlFeMnSiZn多主元合金涂层的研究40-51
• 4.1 AlFeMnSiZn多主元合金熔覆层的表面形貌40
• 4.2 AlFeMnSiZn多主元合金熔覆层的相结构40-41
• 4.3 AlFeMnSiZn多主元合金熔覆层的微观组织与成分分析41-44
• 4.4 AlFeMnSiZn多主元合金熔覆层的显微硬度44-46
• 4.5 AlFeMnSiZn多主元合金熔覆层的磨损性能46-50
• 4.6 本章小结50-51
• 5. 铝合金表面激光熔覆AlFeMnCoCrSi_x多主元合金涂层的研究51-63
• 5.1 引言51
• 5.2 AlFeMnCoCrSi_x多主元合金涂层的宏观形貌51-53
• 5.3 AlFeMnCoCrSi_x多主元合金涂层的物相结构53
• 5.4 AlFeMnCoCrSi_x多主元合金涂层的微观组织与成分分析53-57
• 5.5 AlFeMnCoCrSi_x多 主元合金熔覆层的显微硬度分析57-58
• 5.6 AlFeMnCoCrSi_x多主元合金涂层的磨损性能58-61
• 5.7 本章小结61-63
• 6. 结论与展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李淑华,尹玉军,李树堂;铝及其合金的表面处理技术[J];材料保护;2001年03期

2 丁向群,何国求,陈成澍,刘小山,朱正宇;6000系汽车车用铝合金的研究应用进展[J];材料科学与工程学报;2005年02期

3 刘录录;孙荣禄;;激光熔覆技术及工业应用研究进展[J];热加工工艺;2007年11期

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本文编号：805780