[发明专利]镁合金表面激光熔覆耐磨耐腐蚀涂层用AMR合金粉

说明书

技术领域

本发明属于高性能新材料技术领域，特别涉及一种在镁合金表面激光熔覆耐磨耐腐蚀涂层用的AMR合金粉。

背景技术

镁资源丰富，是地球地壳中第八丰富的元素，约占地壳质量的2％的质量分数。镁合金是一种轻质金属结构材料，其密度为1700kg/m³，是铝合金的2/3，钢的1/4。镁合金的比强度和比刚度高于铝合金和钢。在同等强度的前提下，镁合金零部件的质量比铝合金或钢制的轻很多。镁合金有良好切削加工性、好的阻尼减振性。近年来随着科学技术和工艺水平的提高，在追求轻量化和性价比的结构材料领域，如航空、航天、交通、现代制造、电子、移动通信、纺织和印刷等行业，镁合金得到越来越广泛的应用。世界镁合金的产量正以每年15％-25％的幅度增长，镁合金正成为继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料，被誉为“21世纪绿色工程材料”。然而镁合金的硬度较低，耐磨性较差；大气环境中，镁和镁合金常温就会发生腐蚀现象。在干燥空气中，镁的表面会生成氧化镁；在湿润环境中，镁和镁合金表面的氧化镁会转变成氢氧化镁，不能形成致密的起保护作用的保护膜，表现出较差的耐腐蚀性能，限制了它的推广应用。目前虽有多种化学与镀膜工艺方法可在镁合金工件表面得到防腐蚀保护膜，但经常需要提高镁合金使用寿命。本项发明涉及的是一种合金粉末，适用于以激光束在镁合金工件表面熔覆耐磨、耐腐蚀合金涂层，从而提高镁合金工件的耐磨耐腐蚀性能，提高其使用寿命，扩大镁合金工件的应用领域。

发明内容

本项发明的是一种用于在镁合金表面激光熔覆耐磨、耐腐蚀涂层用的合金粉末，取名为AMR的合金粉。该合金的基本组成元素为Al、Mn、Mg，Re。是一种Al-Mn-Mg-Re合金(这里Re是稀土元素的缩写)。合金的基本组成元素质量百分数(wt.％)范围是：Al：80-94wt.％，Mn：5-15wt.％，Mg：0.5-5.0wt.％，稀土(Re)总量：1.0-10.0wt.％(其中Ce：0.5-8.0wt.％，La：0.1-3.5wt.％)。合金中不可避免的含有杂质元素，杂质元素总量不超过2wt.％，其中Fe≤1.0wt.％，Si≤1.0wt.％，Ca≤0.3wt.％。

在本项Al-Mn-Mg-Re合金成分范围，在激光熔覆情况下，得到的熔覆合金层显微组织结构与性能特点是，在铝合金中Mn和Mg可起到强化铝合金基体的作用，在铝合金基体上析出硬度较高的Al-Mn金属间化合物相以及Al-Mn-Ce准晶相，在显微组织中金属间化合物相和准晶相的析出导致应变硬化，金属间化合物相、准晶相与基体的应变硬化协同作用提高合金的硬度和耐磨性。在Al基合金中加入稀土元素有利于降低液态合金的表面张力，改善熔融合金在镁合金基体表面的熔覆，改善合金的激光熔覆工艺性，改善熔覆层的成形。在大气环境下，铝合金表面形成致密的铝的氧化膜提高合金的耐腐蚀特性。

AMR合金粉末的制备：按设计的成分、并考虑合金熔炼过程中的烧损进行配料，用坩埚炉熔炼，在炉料完全熔化后，继续加热将熔体温度再升温100℃，静置30秒后，将熔融的液态合金徐徐注入雾化斗，熔融的液态合金经雾化喷嘴用高压惰性气体雾化制得合金粉末。合金粉末经筛分，制得不同粒径范围的供使用的AMR合金粉末。

激光熔覆：对镁合金工件待熔覆强化表面进行毛化处理，用胶粘剂将AMR合金粉末均匀预敷于镁合金工件经毛化处理的表面，按要求确定覆层厚度，覆层厚度通常不超过1mm，待预覆层完全干燥后，用YAG脉冲激光或光纤激光进行熔覆，即可在镁合金工件表面制得耐磨耐腐蚀的AMR合金熔覆层。用本项的AMR合金粉末激光熔覆制得的AMR合金熔覆层的硬度在270-360HV范围，较通常镁合金的硬度(80-120HV)高得多，提高了工件的耐磨性。

附图说明

图1是激光熔覆AMR合金熔覆层的金相显微组织(左下角是基体)。放大500×2

具体实施方式

实验例：

用符合国家标准GB/T5153-2003的牌号为AZ61M镁合金(其主要成分：Al：5.93％，Zn：0.75％，Mn：0.24％，Si：0.07％，Fe：0.02％，其它总量小于0.05％)制作试样。试样尺寸：长100毫米，宽50毫米，厚度12毫米。表面喷砂毛化。用粒经在40μm-100μm(即+325目-150目)范围的AMR合金粉末，用胶粘剂与AMR合金粉末搅合均匀，制成粉膏，将调制好的AMR合金粉膏均匀涂敷在经喷砂毛化的试样表面，厚度0.3mm。用电吹风机吹热风干燥、固化。待确认涂敷在试样表面的AMR合金粉膏已干燥固化后，可用激光对涂层进行熔覆。实验用Nd：YAG脉冲激光器对AMR合金粉末涂层进行熔覆。激光参数为：激光波长1064nm，光斑直径1.0mm，脉冲能量60J，脉冲频率8Hz，脉宽8ms。熔覆层显微组织如图1示。激光熔覆试样表面抛光后，测量熔覆层硬度，结果为285-355HV。AMR合金激光熔覆层的硬度比AZ61M镁合金的硬度(80-90HV)高得多。