铝合金表面激光熔覆Ni基合金及其摩擦学特性研究

【摘要】：本文深入研究了铝合金表面激光熔覆Ni基合金的工艺和材料配方,得出了 熔覆层激光熔池的流动性是铝合金表面激光熔覆的关键的重要结论,为铝合金 表面激光熔覆的激光扫描参数、熔覆层粉末的物理参数和成分配方的确定奠定 了基础。本文的研究具体体现在以下方面: 1、理论分析了激光作用下熔覆层粉末材料在基体表面的熔凝过程和成型 机理,推导了表现熔覆层主要特征的熔覆层横截面面积和熔覆层稀释率的理论 公式,并详细论述了铝合金表面对激光能量吸收率的影响因素和确定方法。 2、提出了铝合金表面激光熔覆参数确定的一般原则,即熔覆层激光熔池流 动性控制原则,在此原则下,激光功率密度、扫描速度、熔覆层粉末粒度、预 置厚度和粉末成分配方的确定必须使激光熔池具有合适的流动性。 3、对比了不同激光功率密度、扫描速率和不同粉末粒度、粉末预置厚度条 件下所形成的熔覆层,确定了铝合金表面激光熔覆的工艺参数范围。 4、通过对多种Ni基金属粉末配方的铝合金表面激光熔覆层断面的显微硬 度分布、金相组织图、表面形貌的SEM图和熔覆层的不同部位的元素成分组成 的能谱图的分析表明:(1)单一Ni基粉末的的熔覆层气孔和微观裂纹少,熔覆 层质量好;(2)WC粉末和Si粉末的添加提高了熔覆层硬度,但它使熔池流动 性变差,容易使熔覆层中的气孔增多和出现裂纹,应用中要控制它们的量或添 加稀土元素;(3)稀土的添加可以增强熔池的流动性:(4)在粉末配方中,考 虑各种元素对熔覆层性能提高的同时,更要考察其对熔池流动性的影响。 5、提出了采用基体预热和改变激光扫描参数解决铝合金表面激光多道熔 覆中的基体表面欠熔和过熔问题的方法。 6、利用显微硬度数据、摩擦系数的变化、表面的SEM形貌分析和能谱分 析手段对熔覆层进行干摩擦的磨损试验,阐述了熔覆层的磨损机理,评价了不 同配方熔覆层的磨损性能,进一步确立了铝合金表面激光熔覆Ni基合金的工艺 参数和熔覆层粉末配方。 7、设计了发动机铝合金活塞环槽的激光熔覆加工装置,提出了活塞环槽激 光熔覆中的关键技术及其解决办法,获得了活塞环槽的熔覆层及其分析数据。