ZM5铸造镁合金激光表面修复与强化

摘要

ZM5铸造镁合金密度小、比强度高、减震性好，应用领域不断扩大，但铸造过程中易产生表面缺陷，且耐热性不佳，制约了在实际生产中的更广泛应用。本文利用光纤激光作为焊接热源、氩气为保护气，以旁轴送丝的方式在ZM5铸造镁合金表面制备激光堆焊涂层。研究激光堆焊工艺参数对堆焊焊缝成形、缺陷等的影响规律，并优化激光堆焊工艺，获取成形良好无缺陷的激光堆焊涂层。研究添加稀土元素Gd对ZM5铸造镁合金激光堆焊涂层的显微组织、力学性能的影响，为扩大镁合金的激光表面改性提供实践经验和技术支持。
　　系统地研究和分析了ZM5铸造镁合金激光堆焊涂层的焊接工艺，包括离焦量、焊接速度、激光功率、送丝速度等工艺参数，以及焊缝成形、稀释率、表面交角、显微硬度等因素，确定激光堆焊最佳工艺参数为：离焦量+20 mm、焊接速度0.5 m/min、激光功率2300 W、送丝速度3.4 m/min、保护气流量15 L/min；在严格的焊前清理和焊时保护条件下，采用该工艺制备的激光堆焊涂层与基体镁合金之间形成了良好的冶金结合，不存在气孔、裂纹等焊接缺陷，堆焊修复效率高且成形稳定。
　　系统地观测和表征了添加Gd元素对激光堆焊涂层的组织和性能，包括第二相成分结构、室温拉伸性能和高温拉伸性能的影响规律。激光堆焊涂层平均晶粒直径明显小于铸造母材晶粒，涂层显微组织主要为基体α-Mg相和位于枝晶间的不连续条状β-Mgl7Al12相，添加 Gd元素后会生成大量细小的方块形Al2Gd颗粒相，且涂层晶粒进一步细化，从13.5μm（0.0 wt.％Gd）减小至4.8μm（7.5 wt.%Gd）；激光堆焊涂层的强度指标和延伸率均高于母材，添加Gd元素能显著强化高温服役性能，其中添加7.5 wt.%Gd元素的激光堆焊涂层在300℃下的屈服强度和抗拉强度分别为53.6 MPa和88.0 MPa，均高于未添加Gd元素的激光堆焊涂层。

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第一章 绪论

1.1课题背景与选题意义

1.2镁合金焊接修复研究现状

1.3镁合金强化手段与研究现状

1.4本课题研究内容

第二章 试验材料、系统平台及研究方法

2.1试验材料

2.2激光堆焊设备及方法

2.3激光堆焊涂层性能测试

2.4显微组织观察与结构分析

2.5本章小结

第三章 ZM5铸造镁合金激光堆焊工艺及组织性能

3.1 ZM5铸造镁合金激光堆焊工艺试验与参数优化

3.2 ZM5铸造镁合金激光堆焊缺陷分析及措施

3.3 ZM5铸造镁合金激光堆焊显微组织

3.4 ZM5铸造镁合金激光堆焊涂层力学性能

3.5本章小结

第四章 Gd元素对激光堆焊涂层组织与性能的影响

4.1添加Gd元素的ZM5铸造镁合金激光堆焊涂层

4.2 Gd元素对激光堆焊涂层组织的影响

4.3 Gd元素对激光堆焊涂层性能的影响

4.4 Gd元素对激光堆焊涂层的强化作用讨论

4.5本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

致谢