[发明专利]一种在铝合金表面制备Al3

说明书

本发明公开了一种在铝合金表面制备Al₃Ti涂层的激光熔覆方法：将铝粉和钛粉混合，以聚乙烯醇作粘结剂制成粉末凝胶溶液；将粉末凝胶溶液铺在基体材料的表面，烘干，制成粉末层；将粉末层放在预热台上加热，使其在熔覆前维持初始温度；设置好激光器的扫描路径，用低功率激光先对粉末层进行预烧结处理；将激光器的功率调高，以同样的路径在原烧结位置进行激光熔覆。本发明提供的工艺能够有效解决铝合金表面激光熔覆实现困难的问题，所制备的涂层牢固平整，工艺操作简便，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种在铝合金表面制备Al₃Ti涂层的激光熔覆方法，属于铝合金的激光加工技术领域。

背景技术

由于铝合金材料具有质量轻、强度高、塑性好和耐腐蚀性强等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车、机械、船舶及化工等工业领域。但铝合金对光线的反射率极高，导致在铝合金表面进行激光熔覆十分困难。测试证明，铝合金对一定波段波长的激光有极强的反射作用，如对于二氧化碳激光器所产生的10.6μm波长的激光，其吸收率仅为4％，这意味着大部分的激光能量被反射回激光器。因此，既难以在铝合金表面形成有效的熔覆涂层，又会导致反射激光束对光学镜头造成损伤，甚至引发安全事故。

目前缓解铝合金激光熔覆难题的主要方法如下：(1)预先调整铝合金试件的放置角度，进而调整光束的入射角，使反射的激光束照射到专门用于吸收多余激光能量的光屏上，保护激光器不受损伤。但是该手段仅能规避激光束反射所造成的影响，并不能解决铝合金对激光束能量吸收率极低的根本问题；(2)在铝合金表面涂覆黑色的吸光材料，增加对激光束的吸收率，但该方法的缺点是吸光材料会作为一种附加杂质混合在熔覆层中，影响涂层质量；(3)通过基材表面粗糙化来提高激光的吸收率，但该方法会破坏基材的初始表面，进而对基材表面性能产生负面影响，且工艺步骤繁杂。

基于上述手段，通常还要将激光器的功率调得非常高，才能为材料表面提供足够形成熔池的热量。但当激光功率过高时，在高能量激光束的持续作用下易形成热量积累，导致基材被熔化得过深，形成大熔池，从而增大了熔覆层的稀释率，降低涂层性能。另外，在进行激光熔覆尤其是预置式熔覆时，由于熔池冷却速度过快，气体来不及逸出，容易在材料内部形成气孔，且预置式的粉末涂层溶液内含有大量气泡，在受到激光作用时会在材料表面因热爆炸而形成类似于陨石坑状的缺陷。同时，由于熔覆层与基材膨胀系数的差异，在快速冷却时产生了较大的内部热应力，因此，在基体与涂层的界面处容易产生裂纹。

目前可检索到的相关专利主要包括：(1)“一种氧化铝包覆氧化石墨烯/镁材料表面的激光熔覆法”(申请号：CN201811083470.3)。其工艺特点是将胶黏态的混合粉末均匀涂抹于基体表面后，用火焰枪快速预烧结，使其能均匀粘附在基体材料上，再对材料进行激光熔覆处理；(2)“一种全铝背场太阳电池背极的激光熔覆焊接方法”(申请号：CN201410700409.4)。其主要工艺包括在网版背面印刷铝浆后，将其先进行烘干，再进行高温烧结工艺，最后用激光熔覆焊接的方法进行背板的焊接；(3)“一种激光熔覆制备改性复合Hf-Ta金属涂层的方法”(申请号：CN201510918486.1)。该专利将难溶性的金属料浆制成预烧结层后再进行激光熔覆，该处预烧结的主要目的是解决难溶性金属无法利用粘结剂黏合的问题，用预烧结的方式可以使其凝固于基底材料表面，达到黏合的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种铝合金材料表面激光熔覆工艺。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种在铝合金表面制备Al₃Ti涂层的激光熔覆方法，包括以下步骤：

步骤1)：将铝粉和钛粉混合，以聚乙烯醇作粘结剂制成粉末凝胶溶液；

步骤2)：将粉末凝胶溶液铺在基体材料的表面，烘干，制成粉末层；

步骤3)：将粉末层放在预热台上加热，使其在熔覆前维持初始温度；