[发明专利]一种激光熔覆Al/TiB2复合强化层

摘要

一种激光熔覆Al/TiB2复合强化层,以Al‑TiB2复合粉体为强化层原料（其中铝为粘结剂），采用Nd：YAG激光在镁钆系镁合金表面进行激光熔覆强化处理。强化层中铝元素与基体中的钆、钇等元素发生了原位反应，生成了高温硬质相Al2Gd和Al2Y等金属间化合物，且引入的强化相TiB2未发生分解，与原位合成的金属间化合物及基体相容性良好，但分布特点和结构差异显著；当复合粉体中TiB2质量分数低于70%时，强化层组织细小均匀；强化层显微硬度随着TiB2含量的增加而增大，比基体硬度提高4‑6倍，耐磨性能得到显著改善。 1

主权项

1.一种激光熔覆Al/TiB2复合强化层，制备原料包括：基体材料为挤压态Mg‑15Gd‑3Y稀土变形镁合金，其化学成分(质量分数)为15.26Gd，2.11Y，余Mg，以Al‑TiB2复合粉体作为强化材料，其中TiB2的质量分数分别为0，30%，50%，70%和100%。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆Al/TiB2复合强化层，其特征是激光熔覆Al/TiB2复合强化层的制备步骤为：在氮气保护气氛中将复合粉体球磨30min混合均匀，而后利用质量分数为5%的聚乙烯醇溶液与合金化粉体混匀后涂覆在经砂纸研磨处理后的镁合金表面，风干后的涂层厚度控制在0.6mm左右，采用LCY‑400型Nd：YAG脉冲激光器对镁合金表面进行熔覆强化处理，优化工艺参数：脉宽0.8ms、频率45Hz、光斑直径1.0mm、电流220A、扫描速度350mm/min，为防止镁合金基体及复合粉体在激光熔覆过程中发生氧化，采用了双层微栅稳气流型气氛保护装置。

3.根据权利要求1所述的激光熔覆Al/TiB2复合强化层，其特征是激光熔覆Al/TiB2复合强化层的检测步骤为：采用FEI Quanta 450型扫描电镜(SEM)观察和分析强化层的微观组织；采用JEM‑2100型高分辨透射电镜(TEM)分析强化层的微观精细结构和相容性，试样取自与表面平行且距表面20μm层深处，用细砂纸研磨试样至50μm后用离子减薄；利用Xpert pro MPD型X射线衍射仪(XRD)测强化层的物相；采用Micromet‑3型显微硬度仪测定激光强化层沿厚度方向的硬度分布，所加载荷为0.5N，保压时间15s；摩擦磨损性能测试采用MMS‑1G型销盘式摩擦磨损试验机，摩擦盘材料为GCr15钢(经850℃油浴淬火、180℃低温回火处理，硬度为62HRC)，对磨面均用600#砂纸抛光，丙酮清洗，摩擦速率为4m/s，载荷为40N，试验时间为200s，室温下进行测试。

4.根据权利要求1所述的激光熔覆Al/TiB2复合强化层，其特征是所述的激光熔覆Al/TiB2复合强化层，当TiB2质量分数小于70%时，激光熔覆强化层的组织细小均匀，大于70%时，强化层中出现了块状的TiB2强化相；原位合成的高温硬质相Al2Gd、Al2Y等金属间化合物尺寸在100nm左右，分布均匀，而引入的强化相TiB2呈弥散分布，粒径为200nm左右，局部出现了“链条式”团聚现象，所述的激光熔覆Al/TiB2复合强化层，复合粉体中的铝元素与基体中的钆、钇等元素产生了原位反应，生成了高温硬质相Al2Gd和Al2Y等金属间化合物，且熔覆过程中引入的强化相TiB2未发生分解，与新形成的高温相及基体相容性良好，但分布特点和结构差异显著，所述的激光熔覆Al/TiB2复合强化层，与镁合金基体相比，强化层的显微硬度提高了4‑6倍，且随着TiB2含量的增多，合金化层的硬度呈增加的趋势；适量的TiB2增强相有利于改善镁合金材料的摩擦磨损性能。