CN100451151C

CN100451151C - 稀土添加堆焊合金及在铝基复合材料制备中的堆焊工艺

Info

Publication number: CN100451151C
Application number: CNB2007100397035A
Authority: CN
Inventors: 徐培全; 徐国祥; 钟镇; 胡立旦
Original assignee: Shanghai University of Engineering Science
Current assignee: Shanghai University of Engineering Science
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2027-04-20
Also published as: CN101037755A

Abstract

本发明针对铝基复合材料组织粗化且难以通过制备工艺控制的问题，公开了一种新型堆焊合金，该堆焊合金由稀土、Ni、C、Co、Nb、Cr、Fe、Ti、Al、W组成，各组分质量分数如下：稀土：6～8%；Ni：45～48%；C：0.6%；Co：6～8%；Nb：4%；Cr：4～6%；Fe：2～3%；Ti：0.8～1.2%；Al：4%；W：余量；其中，稀土最好以氧化钇或氧化铯的方式加入，C以石墨的方式加入。本发明利用所公开的堆焊合金为熔覆金属，利用激光堆焊技术将其堆焊于铝合金基体表面，可制得细晶粒表层铝合金基复合材料，实现铝合金产品的表面强化与改性。

Description

稀土添加堆焊合金及在铝基复合材料制备中的堆焊工艺

技术领域

本发明涉及的是一种焊接技术领域，具体地说，是涉及一种稀土添加的堆焊合金及在细晶粒表层铝基复合材料制备中的激光堆焊工艺。

背景技术

为了提高铝合金零部件的使用性能和使用寿命，通常对铝合金零部件进行表面改性，使其实现表面的耐磨性、红硬性和高温抗氧化性与内部韧性、优异加工性能的一体化。实现铝合金零部件表面强度、功能性和内部韧性一体化的常用方法有：镀层技术(电镀、化学镀、离子镀、磁控溅射)、离子注入及沉积技术、喷涂技术(等离子喷涂、电弧喷涂、火焰喷涂)等。镀层技术、离子注入及沉积技术制备的涂层或薄膜很薄，多数为二维材料，涂层与基体的结合为化学或机械结合，结合力比较弱，在特定的化学介质应用环境下容易剥落，难以满足高温结构使用的工程要求，而且，制备周期长、设备昂贵、成本高或对环境污染严重；喷涂技术虽然可以制备出较厚的涂层，但涂层与基体的结合为机械结合、结合强度差，而且微观组织中常有疏松、气孔等缺陷，难以满足高温结构使用的要求。

目前，利用激光堆焊技术在铝合金表面制备的铝合金基复合材料，具有一定的工程厚度，可以灵活控制，同时可使涂层内部、涂层与基体之间达到牢固的冶金结合。另外，通过选择特定的堆焊合金，可使铝合金零部件既具有高强度、高耐磨或耐腐蚀的工程结构性，又具有高弹性模量、高阻尼性能或磁性等功能性。但由于堆焊合金通常以一定的粘结相和强化粒子混合而成，在加热过程中不可避免会发生晶粒长大，堆焊合金与铝合金基体发生强反应形成较宽的热影响区，使晶粒变得粗大，降低了表层铝基复合材料的复合性能。

经对现有技术的文献检索发现，李明喜等在《中国激光》的2004年9月第31卷1149-1152页发表了“纳米Al₂O₃/Ni基合金复合材料激光熔覆层组织”，其中的堆焊合金包括C、Si、Cr、Fe、W、Mn、Ni等，制备工艺采用激光器运动、试样固定的加工方式。虽然纳米Al₂O₃的加入一定程度上使晶粒的生长形态发生变化，由很细长的柱状树枝晶逐步过渡为较短的树枝晶，但较脆硬的Al₂O₃强化粒子的加入，同时增加了堆焊层的裂纹倾向，使堆焊合金与基体之间的结合变弱而产生裂纹，另一方面，Al₂O₃细化晶粒的手段很容易在产品使用过程中(如退火过程等)发生组织的再次粗化。而无法实现制备冶金结合良好的细晶粒铝合金基复合材料的目的。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中的不足，开发了一种新型的堆焊合金以及以该堆焊合金为熔覆金属、制备细晶粒表层铝基复合材料的激光堆焊工艺。在通过镍基合金中的颗粒强化相保证复合材料高强度的条件下，稀土和Nb的添加有助于获得更细小的晶粒尺度，对于强反应界面形成的晶胞树枝晶的长大具有抑制作用，激光堆焊制备的细晶粒表层铝基复合材料中强化颗粒分布均匀，稀土以特殊形态弥散分布，在Ni基合金+稀土/Al合金基体界面，组织表现典型的晶胞组织形貌，从而获得没有缺陷，组织和性能良好的表层铝基复合材料。

本发明所述的堆焊合金，其组分在于由稀土、Ni、C、Co、Nb、Cr、Fe、Ti、Al、W组成，各组分质量分数如下：稀土：6～8％；Ni：45～48％；C：0.6％；Co：6～8％；Nb：4％；Cr：4～6％；Fe：2～3％；Ti：0.8～1.2％；Al：4％；W：余量；其中，稀土最好以氧化钇或氧化铯的方式加入，C以石墨的方式加入。

本发明利用所公开的堆焊合金制备细晶粒表层铝合金基复合材料的激光堆焊工艺在于，以所述堆焊合金为熔覆金属，利用激光堆焊技术将其堆焊于铝合金基体表面，激光束固定不动，通过CNC机床的移动实现不同形状的铝合金表面激光堆焊，制得细晶粒表层铝合金基复合材料，可以改善复合材料与铝合金基体之间的浸润性，实现铝合金产品的表面强化与改性、高性能铝合金产品的生产等。

具体实施方式

一种稀土添加的堆焊合金及在细晶粒表层铝基复合材料制备中的激光堆焊工艺。其具体实施方式为：本发明所公开的新型堆焊合金由稀土、Ni、C、Co、Nb、Cr、Fe、Ti、Al、W组成，各组分质量分数如下：稀土：6～8％；Ni：45～48％；C：0.6％；Co：6～8％；Nb：4％；Cr：4～6％；Fe：2～3％；Ti：0.8～1.2％；Al：4％；W：余量；其中，稀土最好以氧化钇或氧化铯的方式加入，C以石墨的方式加入。

以该堆焊合金为熔覆金属，利用激光堆焊技术制备细晶粒表层铝基复合材料的工艺为：首先，将组成本发明堆焊合金的各组分按一定的配比在高能球磨机中球磨，细化颗粒的同时将混合粉末搅拌均匀，使其平均颗粒度达到10μm后取出；然后，将混合粉末以一定量放入压模具内，利用压力机对其施加5吨压力并保持10分钟，制成厚度为1mm的压坯；将压坯在加热炉中置于180℃烘干其水分等杂质，预置于铝合金基体上，利用激光扫描合金压坯，使其堆焊于铝合金基体表面，制得细晶粒表层铝基复合材料。激光器类型：Nd:YAG激光器；激光功率：1.688kW；扫描速度：10mm/s；激光束形状：窄带激光(光斑直径：1mm)；保护气压：588/352kPa；气体流量：1.4L/mm；表层扫描搭接率：30％。

Claims

1.一种稀土添加堆焊合金，其特征在于，所述堆焊合金由稀土、Ni、C、Co、Nb、Cr、Fe、Ti、Al、W组成，各组分质量分数如下：稀土：6～8％；Ni：45～48％；C：0.6％；Co：6～8％；Nb：4％；Cr：4～6％；Fe：2～3％；Ti：0.8～1.2％；Al：4％；W：余量。

2.根据权利要求1所述的一种稀土添加堆焊合金，其特征在于，所述稀土以氧化钇或氧化铯的方式加入。

3.根据权利要求1或2所述的一种稀土添加堆焊合金，其特征在于，其中C以石墨的方式加入。

4.一种权利要求1所述的稀土添加堆焊合金在细晶粒表层铝基复合材料制备中的激光堆焊工艺，其特征在于，以所述堆焊合金为熔覆金属，利用激光堆焊技术将其堆焊于铝合金基体表面，激光堆焊过程包括预热和堆焊两个步骤，激光束固定不动，通过CNC机床的移动实现不同形状的铝合金表面激光堆焊。