铝合金表面激光熔覆Ti-Al合金涂层的性能研究

摘要

铝合金具有质量轻，无毒，便于加工成型以及良好的耐腐蚀、导热性和导电性等优点，目前广泛应用于航天航空、汽车、交通运输、机械制造、电子电气等领域。但由于铝合金本身的强度硬度不高，耐磨性差等缺点，限制了其应用范围的进一步扩大。因此为了提高其使用性能，人们采用了多种方法，其中铝合金的表面改性技术发展最为迅速，也成为了一个重要的研究课题。
　　 本文利用CO2大功率激光器，采用预涂覆的激光表面熔覆技术，在AA6063铝合金表面成功制备了Ti-Al合金涂层。研究了不同激光工艺条件下熔覆层的质量，以及涂层在室温下电化学腐蚀性能和不同载荷下的干滑动摩擦的磨损情况，并用氧化增重法研究了涂层在静止空气中高温下的循环氧化行为。综合使用X-射线衍射仪(XRD)、配有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计等实验手段，分析了激光熔覆涂层的组织结构、物相分布以及腐蚀、摩擦和氧化后样品的形貌和组织特征。研究结果如下：
　　 1．当采用激光功率为3.4kw，扫描速度为2mm/s时，能得到与基体具有良好冶金结合的熔覆涂层，熔覆层中主要为弥散分布的细密的Al3Ti树枝晶增强相。在涂层中距离表面0.5mm左右的区域平均硬度最高(520HV)是基体平均硬度(100HV)的五倍。
　　 2．激光熔覆涂层和铝合金基材在电化学腐蚀的阳极极化区都发生了钝化现象，熔覆涂层的腐蚀电流密度约为铝合金基材的十分之一。而浸泡腐蚀试验中，两种试样在腐蚀前期速度较快，随着时间增加，速度开始减慢。熔覆涂层的腐蚀速度约为铝合金基材的五分之一。
　　 3．激光熔覆涂层在干滑动摩擦下磨损机理主要是磨粒磨损，在较低的载荷下，其磨损失重要低于铝合金基材。而在较高的载荷下，涂层中的Al3Ti颗粒容易导致裂纹的扩展，发生脆性断裂，耐磨性能反而低于铝合金基材。
　　 4．不同温度下的氧化动力学结果表明，激光熔覆涂层在600℃时氧化过程符合对数规律，在750℃时呈抛物线规律，表面主要生成一层致密的α-Al2O3氧化膜，整个氧化过程没有出现氧化膜开裂脱落现象。而温度为900℃时，激光熔覆层的抗氧化性能开始下降，表面氧化膜出现膨化和开裂的现象。