激光表面处理是新兴的激光技术

激光表面处理是新兴的激光技术与历史悠久的金属热处理相结合的产物,是在材料表面施加极高的能量,使之发生物理化学变化,从而显著地改变材料的表面硬度、耐磨性、耐蚀性和高温性能的技术。激光表面处理主要包括激光相变硬化、激光表面合金化和激光熔覆等方法,其中激光表面合金化是在高能束激光作用下,将一种或多种合金元素与基材表面快速熔凝,即利用激光改变金属及合金表面的化学成分,该方法具有以下优点:

(l)普通金属零件的局部表面处理后能获得高级合金的性能;(z)改胜层深度和宽度得到精密控制;(3)激光加热层温度梯度大,故结合层窄,结合质量好,而且对基体金属性能的不利影响极小;(#)高熔点合金能容易地涂覆在低熔点合金的表面。

激光熔覆是一种新型的材料加工和表面改性技术,始于1974年,兴于80年代,它可以提高材料的综合性能,适用于局部易磨损、氧化等零部件。激光熔覆技术有以下优点:

(1)激光束能量密度高,凝固时冷却速度快,激光熔覆层凝固组织细小;(z)可以在一些表面性能差的基体上制备出耐磨损、耐腐蚀、耐高温的不同成分的合金;仍)可以在同一零件的不同部位根据需要进行不同的熔覆;(’)基体和熔覆层的结合是冶金结合,www.sanyexin.com而且熔覆层组织具有明显的梯度渐变特征,使熔覆层与基体之间有良好的结合。

由于激光表面处理具有上述特点,因此,激光表面合金化及表面熔覆技术近年来得到了深入的研究和较为广泛的应用。基于以上特点,用激光表面合金化或熔覆方法,在肠川合金表面“原位”滴胶加工生成一些高温稳定的硬质相,形成以其为强化相的复合材料改性层,势必会提高肠Al合金的抗氧化性能和耐磨性能,因此此方法在肠Al合金的改性方面具有极高的应用潜力。

钦的氮化物(下N)、碳化物(TIC)等化合物具有很高的硬度和耐磨性以及高温稳定性,在快速凝固条件下,它们往往具有发达的树枝状、胞状等特殊生长形态。毛Al合金中钦的含量高,如果采用激光表面合金化技术,在肠川合金表面原位生成硬质耐磨毛N、肠C等稳定化合物为增强相的复合材料表面层,将大大改善该合金的耐磨性。事实上,己有人利用C元素网和N元素网对肠川金属间化合物进行激光表面合金化,制得了以硬质TIC和硬质肠N为增强相的快速凝固“原位”复合材料表面改性层。

例如,有人分别以NICr-Crsq,NICr-CrsCz-U203,NICr-Si和NIC卜WC等混合合金粉末为原料,采用激光熔覆技术在五一48AI一ZCr.ZN[b合金表面制得了以Y一NICr月镍基固溶体为基体,分别以C州马,TIC,TisS朽,卫51,姚C和M刀几等硬质耐磨相为增强相的激光改性层,改性层组织致密均匀,是与基体间为完全冶金结合的快速凝固“原位”金属基高温耐磨抗氧化复合材料涂层[’5l。显微组织分析结果表明,激光熔覆涂层与朴川基体结合过渡区组织具有明显的梯度渐变特征,且为完全的冶金结合。

总之,激光表面处理在TIAI合金上的应用研究已经起步,并取得了一些进展,使其高温抗氧化性能和耐磨性得到了改善。但在该领域的研究,正有许多工作要做,诸如激光工艺参数对表面改性层的显微组织的影响及其机理,表面改性层的显微组织与性能的关系,尤其是在高温下的抗氧化胜能,耐磨性能都需要进一步探索与揭示,这也是本研究工作的主要任务。