[发明专利]一种含钉扎结构强化层的铝基金属仿生表面及其制备方法

说明书

一种含钉扎结构强化层的铝基金属仿生表面及其制备方法，属于激光仿生修复/再制造技术领域，在铝基金属结构表面设置有仿生骨架特征的钉扎结构强化层，所述强化层包括深熔单元体和高强度熔覆层。本发明通过在没有预制粉末的激光熔凝对基体表面进行强化，去除表面杂质，细化晶粒，与单道激光熔覆相结合制备深熔单元体，加强激光熔覆层与深熔单元体表面之间的结合强度，当受力发生裂纹时，会阻碍裂纹的扩展，诱导裂纹发生偏转，延长裂纹路径，抑制熔覆层和基体之间因物性参数的巨大差异而产生大面积开裂的现象。更好的实现激光熔覆后基体与熔融粉末之间的冶金结合。

技术领域

本发明属于激光仿生修复/再制造技术领域，特别是涉及到一种应用激光加工技术制备的一种含有钉扎结构强化层的铝基金属仿生表面。

背景技术

激光熔覆作为近年来发展起来的一种先进、高效的表面改性技术。激光熔覆可以提高工件表面的耐磨性和耐腐蚀性，减少优质材料的使用。该方法有效降低了成本，节约了贵重稀有金属，具有较高的经济价值。激光熔覆技术的另一个主要功能是在不降低基体性能、不影响工件原始尺寸的前提下，对表面失效的零件进行再次制造，提高工件的寿命。

然而在大面积激光熔覆后，其组织性能会发生变化，熔覆层与基体的力学性能间的较大差异，在较大载荷情况作用下，极易导致熔覆层的大面积开裂，甚至脱落，降低其使用寿命。

激光熔凝是用激光束将工件表面加热熔化到一定深度，然后自冷使熔层凝固，获得较为细化均质的组织和所需性能的表面改性技术。激光熔凝处理后会改变基体材料的表面组织形态，可以提高材料的服役性能，且工艺简单。

因此，现有技术中亟需一种新的技术方案将二者结合，达到抑制熔覆层的易开裂和脱落现象的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种含钉扎结构强化层的铝基金属仿生表面及其制备方法，利用激光“熔凝-熔覆”技术在铝基表面制备具有仿生物骨架特征的类钉扎结构强化层，抑制熔覆层的易开裂和脱落现象，延长激光修复/再制造强化层使用寿命。

一种含钉扎结构强化层的铝基金属仿生表面，铝基金属结构表面设置有仿生骨架特征的钉扎结构强化层，所述强化层包括深熔单元体和高强度熔覆层。

所述深熔单元体的深度h为660μm～1477μm。

所述深熔单元体的间距x为2mm～4mm。

所述高强度熔覆层由陶瓷颗粒和金属间化合物组成，高强度熔覆层深度H为0.24h～0.54h，360μm～436μm。

所述陶瓷颗粒为SiC，SiC颗粒形状为不规则块状，最大长度尺寸在85μm～95μm。

一种含钉扎结构强化层的铝基金属仿生表面制备方法，制备所述的一种含钉扎结构强化层的铝基金属仿生表面，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，

步骤一、对铝基试样进行打磨，增加表面粗糙度Ra至3.9～6.5，增加激光吸收率；

步骤二、利用高能量密度的激光熔凝工艺制备微凹结构深熔单元体，其激光加工参数为，激光加工电流85An～120An、脉宽2ms～5ms、频率5hz～15hz、扫描速度15mm/min～30mm/min、离焦量0mm，全程氩气保护；

步骤三、将采用机械法混合的熔覆粉末放入液体硅酸钠粘合剂中，涂敷在激光熔凝所形成的微凹结构内，涂覆后高度与铝基试样原表面高度一致；

步骤四、利用激光熔覆工艺在微凹结构深熔单元体表面进行单道熔覆，制备具有铆钉结构的深熔单元体，激光熔覆加工参数范围为，激光加工电流135An～160An、脉宽4ms～6ms、频率4hz～6hz、扫描速度30mm/min、搭接率10％～50％、离焦量-5mm；全程氩气保护；