CN115058709A - 一种在铝合金表面激光熔覆的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，属于激光熔覆技术领域。在铝合金表面激光熔覆的方法包括：在铝合金基体上采用激光熔覆的方法形成熔覆层。激光熔覆采用的熔覆材料为铜粉和/或镍粉。激光熔覆过程中激光束相对于铝合金基体扫描的速率为5～30m/min。激光熔覆过程中激光功率为1～5kW。在铝合金表面激光熔覆的方法通过对激光束相对于铝合金基体扫描速率和激光能量的控制，从而严格调控热输入量及熔覆层和铝合金基体界面处金属间化合物的厚度，使得形成的熔覆层和铝合金基体结合牢固可靠。形成的熔覆层内部没有出现裂纹、气孔等缺陷，或形成的熔覆层内部出现的裂纹、气孔等缺陷较少。
Description
技术领域
本申请涉及激光熔覆技术领域，具体而言，涉及一种在铝合金表面激光熔覆的方法。
背景技术
铝合金具有密度小、热膨胀系数低、比刚度高、比强度高和易切削加工等性能优点，从而在航空航天、轨道交通、汽车、船舶和军工等行业有着广泛的应用。然而，在不同的服役环境中，对铝合金的表面散热性能、耐腐蚀性能、耐磨性能提出不同甚至更高的要求，即需要对铝合金的散热性、耐腐蚀性、耐磨性中的一种、两种或三种进行改善，且简单方便的改善方案有助于工业中的大规模应用。
激光熔覆作为先进的表面处理技术之一，其能够通过在基体表面添加熔覆材料，并利用高能量密度的激光束熔化填充材料，使得熔覆层和基体发生冶金结合。激光熔覆可以明显的改善材料的综合性能，提升构件的服役寿命，是材料表面改性发展的重要方向。铜及合金具有良好的导热、耐腐蚀性能，镍及合金具有好的耐磨、耐腐蚀性能，然而使用铜或镍和铝合金冶金过程中，易形成脆硬的金属间化合物，造成熔覆层的失效。虽然现有也有通过对铝合金表面喷砂或者使用铺粉的方法，能在铝合金表面得到镍基涂层，但这些预处理极大增大了工艺的复杂性及成本，不利于工业生产过程中对铝合金表面进行大面积的改性，且针对复杂曲面的铝合金构件表面，采用铺粉的工艺无法实现其表面改性。另外，现有报道激光熔覆制备铝合金表面涂层，基本针对于耐腐蚀性、耐磨性的改善，对于散热性缺乏考虑。
发明内容
本申请提供了一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其能够在铝合金表面制得散热快、耐腐蚀且耐磨的熔覆层，实现铝合金表面散热快、耐腐蚀和耐磨的性能。
本申请的实施例是这样实现的：
在第一方面，本申请示例提供了一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其包括：在铝合金基体上采用激光熔覆的方法形成熔覆层。
激光熔覆采用的熔覆材料为铜粉和/或镍粉。
激光熔覆过程中激光束相对于铝合金基体扫描的速率为5～30m/min。
激光熔覆过程中激光功率为1～5kW。
在上述技术方案中，本申请的在铝合金表面激光熔覆的方法通过对激光束相对于铝合金基体扫描速率和激光能量的控制，从而严格调控热输入量及熔覆层和铝合金基体界面处金属间化合物的厚度，使得形成的熔覆层和铝合金基体结合牢固可靠。形成的熔覆层内部没有出现裂纹、气孔等缺陷，或形成的熔覆层内部出现的裂纹、气孔等缺陷较少，铝合金基体受到激光热输入的影响程度较小，内部残余应力较小，基本没有发生任何变形，可以在铝合金基体表面制备大面积的熔覆层。
并且，考虑到铜和镍均具有较好的耐腐蚀性，铜具有较好的导热性，镍具有较高的硬度；铜和镍均可以和铝发生冶金反应而形成金属间化合物，金属间化合物硬度较大，可进一步改善熔覆层的耐磨性；以及镍和铜本身也会形成固溶体，同样有助于熔覆层的耐磨性的提升。根据服役条件的不同，本申请的在铝合金表面激光熔覆的方法可以选择铜粉、镍粉或混合物作为熔覆材料来改善铝合金基体表面的散热性、耐腐蚀性和耐磨性中的至少一种。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第一种可能的示例中，采用送粉器转移激光熔覆采用的熔覆材料，送粉器的转速为1～5r/min。
在上述示例中，控制送粉器的转速有利于控制熔覆层和铝合金基体界面处金属间化合物的厚度。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第二种可能的示例中，上述铝合金基体为圆柱形，使铝合金基体沿轴线旋转，且铝合金基体的曲面的线速度为5～30m/min，激光束的焦点位于铝合金基体的曲面，且激光束的焦点沿铝合金基体的素线方向作线性运动。
在上述示例中，保持铝合金基体沿轴线旋转，能够使得在激光熔覆过程中激光束相对于铝合金基体扫描的速率为5～30m/min，并在铝合金基体旋转过程中，利用激光熔覆的方法在铝合金基体的曲面上形成多圈熔覆层，且本申请的在铝合金表面激光熔覆的方法能够通过对激光束相对于铝合金基体扫描速率、激光能量的控制和激光路径的控制，从而严格调控热输入量及熔覆层和铝合金基体界面处金属间化合物的厚度，使得形成的熔覆层和铝合金基体结合牢固可靠。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第三种可能的示例中，上述铝合金基体每旋转一圈，激光束的焦点沿铝合金基体偏移使形成的相邻两道熔覆层之间存在预设的搭接量。
可选地，搭接量为道宽的40～80％。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第四种可能的示例中，上述铝合金基体倾斜或以轴线垂直于垂线的方式布置时，铝合金基体的位置最高的素线为脊背线，在激光熔覆前，激光束的焦点偏离脊背线。
可选地，激光束的焦点位置偏离脊背线0.3～0.6mm。
在上述示例中，在激光熔覆的过程中，激光束的焦点位置偏离脊背线，从而减少反射光束对设备造成的损失，保证设备安全高效运行。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第五种可能的示例中，上述激光束呈高斯热源分布。
可选地，激光束形成的斑点的直径为0.5～5mm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第六种可能的示例中，上述熔覆材料为球形颗粒，球形颗粒的直径为20～50μm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第七种可能的示例中，上述熔覆材料为镍粉，激光熔覆过程中激光功率为3.5kW，激光熔覆过程中激光束相对于铝合金基体扫描的速率为30m/min，采用送粉器转移激光熔覆采用的熔覆材料，送粉器的转速为5r/min。
在上述示例中，当服役条件比较侧重铝合金基体表面的耐磨性和耐腐蚀性能时，可以选用镍粉作为熔覆材料。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第八种可能的示例中，上述熔覆材料为铜粉，激光熔覆过程中激光功率为3.8kW，激光熔覆过程中激光束相对于铝合金基体扫描的速率为10m/min，采用送粉器转移激光熔覆采用的熔覆材料，送粉器的转速为3r/min。
在上述示例中，当服役条件比较侧重铝合金基体表面的散热性和耐腐蚀性能时，可以选用铜粉作为熔覆材料。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第九种可能的示例中，上述熔覆材料为镍粉和铜粉的混合物，且镍粉和铜粉的质量比为1:1，激光熔覆过程中激光功率为3.0kW，激光熔覆过程中激光束相对于铝合金基体扫描的速率为10m/min，采用送粉器转移激光熔覆采用的熔覆材料，送粉器的转速为3r/min。
在上述示例中，当服役条件比较均衡于铝合金基体表面的散热性、耐磨性和耐腐蚀性能时，可以选用铜粉和镍粉的混合粉末作为熔覆材料。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例的在铝合金表面激光熔覆过程的示意图；
图2为本申请实施例的在铝合金表面激光熔覆过程的左视图；
图3为本申请实施例的在铝合金表面激光熔覆过程的正视图；
图4为本申请实施例的在铝合金表面激光熔覆过程的局部示意图；
图5为本申请实施例1～12和对比例1～2的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的表面形貌图；
图6为本申请实施例1的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图7为本申请实施例2的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图8为本申请实施例3的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图9为本申请对比例1的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图10为本申请对比例2的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图11为本申请实施例4的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图12为本申请实施例5的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图13为本申请实施例6的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图14为本申请实施例7的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图15为本申请实施例8的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图16为本申请实施例9的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图17为本申请实施例10的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图18为本申请实施例11的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图19为本申请实施例13～14的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的表面形貌图；
图20为本申请实施例12的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图21为本申请实施例13的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面金相图；
图22为本申请实施例1的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的表面形貌图；
图23为本申请实施例1的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面微观硬度分布图；
图24为本申请实施例4的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的表面形貌图；
图25为本申请实施例4的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面微观硬度分布图；
图26为本申请实施例12的在铝合金表面激光熔覆的方法形成的熔覆层的截面微观硬度分布图。
图标：100-激光头；200-变位机；300-铝合金基体；400-激光束；500-送粉头；600-熔覆层。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下针对本申请实施例的一种在铝合金表面激光熔覆的方法进行具体说明：
本申请提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其包括：在铝合金基体上采用激光熔覆的方法形成熔覆层。
激光熔覆采用的熔覆材料为铜粉和/或镍粉。
铜和镍均具有较好的耐腐蚀性，铜具有较好的导热性，镍具有较高的硬度；铜和镍均可以和铝发生冶金反应而形成金属间化合物，金属间化合物硬度较大，可进一步改善熔覆层的耐磨性；以及镍和铜本身也会形成固溶体，同样有助于熔覆层的耐磨性的提升。
本申请的在铝合金表面激光熔覆的方法能够根据服役条件选择合适的熔覆材料。
当服役条件比较侧重铝合金基体表面的耐磨性和耐腐蚀性能时，可以选用镍粉作为熔覆材料。
当服役条件比较侧重铝合金基体表面的散热性和耐腐蚀性能时，可以选用铜粉作为熔覆材料。
当服役条件比较均衡于铝合金基体表面的散热性、耐磨性和耐腐蚀性能时，可以选用铜粉和镍粉的混合粉末作为熔覆材料。
需要说明的是，当选用铜粉和镍粉的混合粉末作为熔覆材料时，铜粉和镍粉可以是以任意比例混合。
激光熔覆过程中激光束相对于铝合金基体扫描的速率为5～30m/min。
在本申请的一种实施例中，激光熔覆过程中激光束相对于铝合金基体扫描的速率为30m/min。在本申请的其他一些实施方式中，激光熔覆过程中激光束相对于铝合金基体扫描的速率还以为5m/min、10m/min、15m/min、20m/min或25m/min。
激光熔覆过程中激光功率为1～5kW。
在本申请的一种实施例中，激光熔覆过程中激光功率为3kW。在本申请的其他一些实施方式中，激光熔覆过程中激光功率还可以为1kW、2kW、4kW或5kW。
采用送粉器转移激光熔覆采用的熔覆材料，送粉器的转速为1～5r/min。
在本申请的一种实施例中，送粉器的转速为3r/min。在本申请的其他一些实施方式中，送粉器的转速还可以为1r/min、2r/min、4r/min或5r/min。
本申请的在铝合金表面激光熔覆的方法通过对激光束相对于铝合金基体扫描速率、送粉器的转速和激光能量的控制，从而严格调控热输入量及熔覆层和铝合金基体界面处金属间化合物的厚度，使得形成的熔覆层和铝合金基体结合牢固可靠。形成的熔覆层内部没有出现裂纹、气孔等缺陷，或形成的熔覆层内部出现的裂纹、气孔等缺陷较少，铝合金基体受到激光热输入的影响程度较小，内部残余应力较小，基本没有发生任何变形，可以在铝合金基体表面制备大面积的熔覆层。
本申请的在铝合金表面激光焊接的方法包括以下步骤：
S1、准备熔覆粉末
根据服役条件配置熔覆粉末，并将熔覆粉末经过烘干处理备用。
烘干处理包括将完成球磨处理的熔覆粉末置于真空加热炉中进行烘干，真空加热炉的温度为80～120℃，加热时间为250～350min。
当熔覆粉末包括铜粉和镍粉时，在烘干前，需要对混合粉末进行球磨处理。
球磨处理包括将熔覆粉末置于球磨罐中进行混合和研磨，球磨处理中球料比为1～3:1，球磨罐内部充满惰性气体，转速为250～500r/min，球磨的时间为240～300min。
惰性气体包括氦气、氖气和氩气中的任意一种或多种。
S2、准备铝合金基体
准备至少部分为圆柱形的铝合金基体，对铝合金基体的表面进行打磨，去除其表面的氧化膜，并依次采用丙酮和酒精洗涤铝合金基体，吹干备用。
S3、激光熔覆
如图1～4所示，将铝合金基体300的端部固定在变位机200上，使铝合金基体300能够沿其轴线旋转，并将熔覆粉末置于送粉器内，设置变位机200的转速，使得铝合金基体300保持匀速转动，并且铝合金基体300的曲面的线速度为5～30m/min；设置激光功率为1～5kW；设置送粉器转速为1～5r/min；保护气流量为10～20L/min；激光头100沿素线方向作线性运动，当铝合金基体300每旋转一圈，激光头100沿铝合金基体300偏移使形成的相邻两道熔覆层600之间存在预设的搭接量；调整激光束400的焦点位置位于铝合金基体300的曲面，且偏离脊背线，送粉头500在激光束400的一侧。
运行程序，在铝合金基体300表面形成熔覆层600。
可选地，搭接量为道宽的40～80％。
在本申请的一种实施例中，搭接量为道宽的50％。在本申请的其他一些实施方式中，搭接量为道宽的40％、45％、55％、60％、65％、70％、75％或80％。
在如图1～4所示的实施例中，铝合金基体300平放，铝合金基体300位置最高的素线为脊背线，在激光熔覆的过程中，激光束400的焦点位置偏离脊背线，从而减少反射光束对设备造成的损失，保证设备安全高效运行。
需要说明的是，当铝合金基体300倾斜或以轴线垂直于垂线的方式布置时，铝合金基体300具有位置最高的素线，即为脊背线。
可选地，激光束400的焦点位置偏离脊背线0.3～0.6mm。
在本申请的一种实施例中，激光束400的焦点位置偏离脊背线0.5mm。在本申请的其他一些实施方式中，激光束400的焦点位置偏离脊背线0.3mm、0.4mm或0.6mm。
激光束400呈高斯热源分布。
可选地，激光束400形成的斑点的直径为0.5～5mm。
在本申请的一种实施例中，激光束400形成的斑点的直径为1.0mm。在本申请的其他一些实施方式中，激光束400形成的斑点的直径还可以为0.5mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm或5.0mm。
熔覆材料为球形颗粒。
可选地，球形颗粒的直径为20～50μm。
当服役条件比较侧重铝合金基体300表面的耐磨性和耐腐蚀性能时，选用镍粉作为熔覆材料，激光熔覆过程中激光功率为3.5kW，激光熔覆过程中激光束400相对于铝合金基体300扫描的速率为30m/min，采用送粉器转移激光熔覆采用的熔覆材料，送粉器的转速为5r/min。
当服役条件比较侧重铝合金基体300表面的散热性和耐腐蚀性能时，选用铜粉作为熔覆材料，激光熔覆过程中激光功率为3.8kW，激光熔覆过程中激光束400相对于铝合金基体300扫描的速率为10m/min，采用送粉器转移激光熔覆采用的熔覆材料，送粉器的转速为3r/min。
当服役条件比较均衡于铝合金基体300表面的散热性、耐磨性和耐腐蚀性能时，选用铜粉和镍粉的混合粉末作为熔覆材料，镍粉和铜粉的质量比为1:1，激光熔覆过程中激光功率为3.0kW，激光熔覆过程中激光束400相对于铝合金基体300扫描的速率为10m/min，采用送粉器转移激光熔覆采用的熔覆材料，送粉器的转速为3r/min。
以下结合实施例对本申请的一种在铝合金表面激光熔覆的方法作进一步的详细描述。
实施例1
本申请实施例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其包括：
S1、准备熔覆粉末
准备呈球形颗粒且直径为20～50μm的镍粉，将镍粉置于真空加热炉中进行烘干，烘干的温度为100℃，加热时间为300min。
S2、准备铝合金基体
准备直径为50mm的铝合金棒材，并对铝合金棒材的表面进行打磨，去除其表面的氧化膜，并依次采用丙酮和酒精洗涤铝合金棒材，吹干。
S3、激光熔覆
如图1～4所示，将铝合金棒材的端部固定在变位机200上，使铝合金棒材能够沿其轴线旋转，并将熔覆粉末置于送粉器内，设置变位机200的转速，使得铝合金棒材保持匀速转动，并且铝合金棒材的曲面的线速度为30m/min；设置激光功率为3.5kW；设置送粉器转速为5r/min；保护气流量为15L/min；激光头100沿素线方向作线性运动，当铝合金棒材每旋转一圈，激光头100沿铝合金棒材偏移使形成的相邻两道熔覆层600之间存在搭接量，搭接量为道宽的50％；调整激光束400的焦点位置位于铝合金棒材的曲面，且偏离脊背线0.5mm，激光束400呈高斯热源分布，激光束400形成的斑点的直径为2mm，送粉头500位于激光束400的一侧。
运行程序，在铝合金棒材表面形成熔覆层600。
实施例2
本申请实施例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其与实施例1相比，激光功率为2.8kW，送粉器转速为3r/min，其他不变。
实施例3
本申请实施例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其与实施例1相比，铝合金棒材的曲面的线速度为10m/min，激光功率为2.8kW，送粉器转速为3r/min，其他不变。
实施例4
本申请实施例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其包括：
S1、准备熔覆粉末
准备呈球形颗粒且直径为20～50μm的铜粉，将铜粉置于真空加热炉中进行烘干，烘干的温度为100℃，加热时间为300min。
S2、准备铝合金基体
准备直径为50mm的铝合金棒材，并对铝合金棒材的表面进行打磨，去除其表面的氧化膜，并依次采用丙酮和酒精洗涤铝合金棒材，吹干。
S3、激光熔覆
如图1～4所示，将铝合金棒材的端部固定在变位机200上，使铝合金棒材能够沿其轴线旋转，并将熔覆粉末置于送粉器内，设置变位机200的转速，使得铝合金棒材保持匀速转动，并且铝合金棒材的曲面的线速度为10m/min；设置激光功率为3.8kW；设置送粉器转速为3r/min；保护气流量为20L/min；激光头100沿素线方向作线性运动，当铝合金棒材每旋转一圈，激光头100沿铝合金棒材偏移使形成的相邻两道熔覆层600之间存在搭接量，搭接量为道宽的50％；调整激光束400的焦点位置位于铝合金棒材的曲面，且偏离脊背线0.5mm，激光束400呈高斯热源分布，激光束400形成的斑点的直径为1mm，送粉头500位于激光束400的一侧。
运行程序，在铝合金棒材表面形成熔覆层600。
实施例5
本申请实施例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其与实施例4相比，激光功率为2.8kW，其他不变。
实施例6
本申请实施例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其与实施例4相比，激光功率为3.0kW，其他不变。
实施例7
本申请实施例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其与实施例4相比，激光功率为3.5kW，其他不变。
实施例8
本申请实施例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其与实施例4相比，激光功率为4.0kW，其他不变。
实施例9
本申请实施例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其与实施例4相比，铝合金棒材的曲面的线速度为20m/min，激光功率为3.5kW，其他不变。
实施例10
本申请实施例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其与实施例4相比，铝合金棒材的曲面的线速度为30m/min，激光功率为4kW，其他不变。
实施例11
本申请实施例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其与实施例4相比，铝合金棒材的曲面的线速度为10m/min，激光功率为3kW，其他不变。
实施例12
本申请实施例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其包括：
S1、准备熔覆粉末
准备呈球形颗粒且直径为20～50μm的铜粉和镍粉，并按照质量比为1:1混合，将混合粉末球磨罐中进行混合和研磨，球磨处理中球料比为3:1，球磨罐内部充满惰性气体，转速为300r/min，球磨的时间为240min，然后将完成球磨的混合粉末置于真空加热炉中进行烘干，烘干的温度为100℃，加热时间为300min。
S2、准备铝合金基体
准备直径为50mm的铝合金棒材，并对铝合金棒材的表面进行打磨，去除其表面的氧化膜，并依次采用丙酮和酒精洗涤铝合金棒材，吹干。
S3、激光熔覆
如图1～4所示，将铝合金棒材的端部固定在变位机200上，使铝合金棒材能够沿其轴线旋转，并将熔覆粉末置于送粉器内，设置变位机200的转速，使得铝合金棒材保持匀速转动，并且铝合金棒材的曲面的线速度为10m/min；设置激光功率为3.0kW；设置送粉器转速为3r/min；保护气流量为20L/min；激光头100沿素线方向作线性运动，当铝合金棒材每旋转一圈，激光头100沿铝合金棒材偏移使形成的相邻两道熔覆层600之间存在搭接量，搭接量为道宽的50％；调整激光束400的焦点位置位于铝合金棒材的曲面，且偏离脊背线0.5mm，激光束400呈高斯热源分布，激光束400形成的斑点的直径为1.5mm，送粉头500位于激光束400的一侧。
运行程序，在铝合金棒材表面形成熔覆层600。
实施例12
本申请实施例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其与实施例11相比，激光功率为3.5kW，其他不变。
对比例1
本申请对比例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其与实施例1相比，铝合金棒材的曲面的线速度为90m/min，激光功率为3kW，送粉器转速为4r/min，其他不变。
对比例2
本申请对比例提供一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其与实施例1相比，铝合金棒材的曲面的线速度为60m/min，激光功率为3.2kW，送粉器转速为4r/min，其他不变。
试验例1
分别采用实施例1～12和对比例1～2的在铝合金表面激光熔覆的方法在同一根铝合金棒材的表面进行激光熔覆，得到的熔覆层600形貌如图5所示。
其中，铝合金棒材从右到左依次为对比例1、对比例2、实施例2、实施例3、实施例1、实施例5、实施例6、实施例7、实施例4、实施例8、实施例9、实施例10和实施例11的激光熔覆的方法形成的熔覆层600。
即图5中1～5号为纯镍粉(依次为对比例1、对比例2、实施例2、实施例3和实施例1)制得的熔覆层600，图5中6～13号(依次为实施例5、实施例6、实施例7、实施例4、实施例8、实施例9、实施例10和实施例11)为纯铜粉制得的熔覆层600。
实施例1形成的熔覆层600的截面金相图如图6所示，可以看到，此时金属粉末在铝合金的沉积率较高，表面成形好，熔覆层600和基体结合好，无缺陷产生。
实施例2形成的熔覆层600的截面金相图如图7所示，可以看到，此时金属粉末在铝合金的沉积率进一步提升，但熔覆层600和基体结合较差，界面直接开裂。
实施例3形成的熔覆层600的截面金相图如图8所示，可以看到，此时金属粉末在铝合金的沉积率较高，但熔覆层600和基体结合处仍有较多的缺陷产生。
对比例1形成的熔覆层600的截面金相图如图9所示，可以看出，此时金属粉末在铝合金沉积率很低，没有形成有效的熔覆层600。
对比例2形成的熔覆层600的截面金相图如图10所示，可以看到，此时金属粉末在铝合金有一定的沉积率，但熔覆层600很薄，且不均匀，不连续，有较多的缺陷形成。
实施例4形成的熔覆层600的截面金相图如11所示，可以看出，此时金属粉末在铝合金的沉积率较高，熔覆层600内部有少许孔洞缺陷产生。
实施例5形成的熔覆层600的截面金相图如12所示，可以看出，此时铜粉虽然在铝合金表面有较大沉积率，但熔覆层600直接发生开裂。
实施例6形成的熔覆层600的截面金相图如13所示，可以看出，此时金属粉末在铝合金的沉积率较高，表面成形好，熔覆层600和基体结合好，无缺陷产生。
实施例7形成的熔覆层600的截面金相图如14所示，可以看出，此时金属粉末在铝合金的沉积率较高，熔覆层600内部有许多缺陷产生。
实施例8形成的熔覆层600的截面金相图如15所示，可以看出，此时金属粉末在铝合金的沉积率较高，熔覆层600内部有许多裂纹缺陷产生。
实施例9形成的熔覆层600的截面金相图如16所示，可以看出，此时金属粉末在铝合金的沉积率有所降低，熔覆层600内部有许多裂纹缺陷产生。
实施例10形成的熔覆层600的截面金相图如17所示，可以看出，此时金属粉末在铝合金的沉积率较高，熔覆层600内部有许多裂纹缺陷产生。
实施例11形成的熔覆层600的截面金相图如18所示，可以看出，此时金属粉末在铝合金的沉积率较低，熔覆层600内部有许多裂纹缺陷产生。
分别采用实施例13～14的在铝合金表面激光熔覆的方法在同一根铝合金棒材的表面进行激光熔覆，得到的熔覆层600形貌如图19所示。
其中，铝合金棒材从右到左依次为实施例14和实施例13的激光熔覆的方法形成的熔覆层600。
实施例12形成的熔覆层600的截面金相图如20所示，可以看出，此时金属粉末在铝合金的沉积率较低，熔覆层600内部有少许裂纹缺陷产生。
实施例13形成的熔覆层600的截面金相图如21所示，可以看出，此时铜粉虽然在铝合金表面有较大沉积率，但熔覆层600直接发生开裂。
试验例2
对于熔覆材料为镍粉的方案，实施例1的方案效果最佳，使用实施例1的激光熔覆的方法在铝合金棒材表面进行大面积的激光熔覆，如图22所示；并对截面的维氏硬度进行测试，如图23所示。
可以看到，此工艺下，可以在铝合金棒材表面制备大面积的铜熔覆层600，成形较好，没发生开裂。铝合金棒材的维氏硬度小于80HV，而熔覆层600平均硬度达到230HV。铜的导热性和耐腐蚀性要优于铝，所以此时铝合金棒材的散热性和耐腐蚀性有明显的改善，耐磨性也有所提升。
对于熔覆材料为铜粉的方案，实施例4的方案效果最佳，使用实施例4的激光熔覆的方法在铝合金棒材表面进行大面积的激光熔覆，如图24所示；并对截面的维氏硬度进行测试，如图25所示。
可以看到，此工艺下，可以在铝合金棒材表面制备大面积的镍熔覆层600，成形较好，没发生开裂。铝合金棒材的维氏硬度小于80HV，而熔覆层600平均硬度达到400HV。镍的耐磨性和耐腐蚀性要优于铝，所以此时铝合金棒材的这两种性能均有明显的提升。
对于熔覆材料为镍粉和铜粉的混合粉末的方案，实施例12的方案效果最佳，使用实施例12的激光熔覆的方法在铝合金棒材表面进行大面积的激光熔覆，并对截面的维氏硬度进行测试，如图26所示。
可以看到，此工艺下，熔覆层600硬度值达到450HV，和纯镍相比有进一步提升，且波动很小。因此，可通过适量的铜和镍的配比，并匹配优化的工艺参数，可以在铝合金棒材得到好的铜镍合金熔覆层600，实现散热快、耐腐蚀、耐磨相结合的涂层。
以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种在铝合金表面激光熔覆的方法，其特征在于，所述在铝合金表面激光熔覆的方法包括：在铝合金基体上采用激光熔覆的方法形成熔覆层；
所述激光熔覆采用的熔覆材料为铜粉和/或镍粉；
所述激光熔覆过程中激光束相对于所述铝合金基体扫描的速率为5～30m/min；
所述激光熔覆过程中激光功率为1～5kW。
2.根据权利要求1所述的在铝合金表面激光熔覆的方法，其特征在于，采用送粉器转移所述激光熔覆采用的所述熔覆材料，所述送粉器的转速为1～5r/min。
3.根据权利要求1所述的在铝合金表面激光熔覆的方法，其特征在于，所述铝合金基体为圆柱形，使所述铝合金基体沿轴线旋转，且所述铝合金基体的曲面的线速度为5～30m/min，所述激光束的焦点位于所述铝合金基体的曲面，且所述激光束的焦点沿所述铝合金基体的素线方向作线性运动。
4.根据权利要求3所述的在铝合金表面激光熔覆的方法，其特征在于，所述铝合金基体每旋转一圈，所述激光束的焦点沿所述铝合金基体偏移使形成的相邻两道所述熔覆层之间存在预设的搭接量；
可选地，所述搭接量为道宽的40～80％。
5.根据权利要求3所述的在铝合金表面激光熔覆的方法，其特征在于，所述铝合金基体倾斜或以轴线垂直于垂线的方式布置时，所述铝合金基体的位置最高的素线为脊背线，在所述激光熔覆前，所述激光束的焦点偏离所述脊背线；
可选地，所述激光束的焦点位置偏离所述脊背线0.3～0.6mm。
6.根据权利要求1所述的在铝合金表面激光熔覆的方法，其特征在于，所述激光束呈高斯热源分布；
可选地，所述激光束形成的斑点的直径为0.5～5mm。
7.根据权利要求1所述的在铝合金表面激光熔覆的方法，其特征在于，所述熔覆材料为球形颗粒，所述球形颗粒的直径为20～50μm。
8.根据权利要求1～7任一项所述的在铝合金表面激光熔覆的方法，其特征在于，所述熔覆材料为镍粉，所述激光熔覆过程中激光功率为3.5kW，所述激光熔覆过程中激光束相对于所述铝合金基体扫描的速率为30m/min，采用送粉器转移所述激光熔覆采用的所述熔覆材料，所述送粉器的转速为5r/min。
9.根据权利要求1～7任一项所述的在铝合金表面激光熔覆的方法，其特征在于，所述熔覆材料为铜粉，所述激光熔覆过程中激光功率为3.8kW，所述激光熔覆过程中激光束相对于所述铝合金基体扫描的速率为10m/min，采用送粉器转移所述激光熔覆采用的所述熔覆材料，所述送粉器的转速为3r/min。
10.根据权利要求1～7任一项所述的在铝合金表面激光熔覆的方法，其特征在于，所述熔覆材料为镍粉和铜粉的混合物，且镍粉和铜粉的质量比为1:1，所述激光熔覆过程中激光功率为3.0kW，所述激光熔覆过程中激光束相对于所述铝合金基体扫描的速率为10m/min，采用送粉器转移所述激光熔覆采用的所述熔覆材料，所述送粉器的转速为3r/min。
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