Y州皿月基金属间化合物合金具有密度低、比强度和比刚度好、高温蠕变及高温疲劳性能良好等特点,被认为是一种极具应用前景的新型轻质高温结构侯选材料之一,特别是对未来航空航天、汽车、机车发动衫U及工业燃汽轮机等极具吸引力[l一川。但是,作为高温结构材料,在实际应用中会遇到高温氧化问题,研究表明,当肠Al合金使用温度高于850OC时,其抗氧化能力迅速圈氏[lz-l8],而且当肠Al合金用作高温磨擦磨损运动副零部件(如蜗轮发动机和压气机转轴、燃汽轮机压气机叶片、汽车、机车发动机引汽阀等关键零部件)时,还必须解决其耐磨性差I0,‘兑l](如耐粘着磨损、冲蚀磨损、微动磨损、磨料磨损、氧化磨损等的能力低)的问题。研究结果表明,Y.五月基合金在高温下(>850oC)氧化时,它的氧化层具有两层结构。外层主要为脆性疏松的叭q,内层由五q和从03的混合物组成四。由于不能形成一层具有高温稳定且致密的从几保护膜,所以丫.肠AI基合金在850oC以上的高温下表现出较差的抗氧化能力厂liAI合金是一种有潜力的新型高温结构材料,因此,高温抗氧化性是其投入实际应用前必须解决的关键问题之一。
高温抗氧化胜能的提高依赖于氧化层的形态,包括连续性及致密性。若添加一些元素,可加速Al八层的形成,就能提高其高温抗氧化性。由于氧化层的增长速率取决于实际加工过程及后续热处理工艺,所以,显微组织对护TIAI基合金高温抗氧化性能的影响也是相当大的。改善毛川基合金表面状态也为提高其高温抗氧化性能提供了一条途径。在提高Y.五月基合金的高温抗氧化吐能方面,近年来国内外也作了许多工作并取得一定进展,主要的措施是对飞认1合金进行合金化和表面改性。
激光表面处理在五AI合金上的应用研究己经起步,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。但在该领域辛艳辉湘潭大学硕士论文(提要)2
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,尤其是滴胶加工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。
本文分别以高纯石墨粉和C+Nb混合粉末为原料,均匀的涂覆在肠Al合金表面,并采用不同的激光工艺参数(即不同的激光功率和激光扫描速率)对肠Al合金进行激光表面处理,制得了以硬质卫C为增强相的决速凝固“原位”耐磨复合材料表面改性层。首先,分析了不同激光工艺参数对改性层的显微组织的影响。分别考察了激光功率为2.0k界,束斑直径为4nun,扫描速度分别为13浏叼s,巧mln/S,17浏叼s的改性层显微组织。又分别考察了扫描速率15mm内,束斑大小4~,激光功率分别为1.7kw,2.okw,2.skw的改性层显微组织。
结果表明,肠Al合金激光表面合金化表面改吐层与基体之间无结合界面,为完全统一的冶金结合。其显微组织从熔池底部向自由表面方向具有明显的梯度渐变特征,越接近表面,组织中卫C体积分数越高。在激光功率和束斑大小相同的情况下,不同的扫描速度意味着试样表面所吸收的热量和随后的凝固冷却速度不同,因而其显微组织也有其自身的特点。当扫描速度较漫时,形成了粒状五C组织。扫描速度增加时,形成了树枝状和针状的混合组织。当扫描速度较快时,形成了细小、杂乱的针状组织。在扫描速率和束斑大小相同的情况下,激光功率不同,显微组织也有其自身的特点。激光功率大,生成的五C亦呈致密的粒状或较发达的树枝状。激光功率低,形成的五C呈细小颗粒状,整个涂层的组织相对细小均匀。
激光工艺参数对下Al合金激光表面熔凝组织具有重要影响,如随着激光功率的增加,或扫描速率的阳氏,五C颗粒数量增加,叭C颗粒形态呈粒状,但激光功率过高,易引起表面裂纹;五C颗粒的形状也受激光工艺参数的影响,在激光表面层中发现有球状和针状五C颗粒;从组织上看,最佳工艺参数为:激光功率为2.okw,扫描速率17m几六,束斑直径4nun。
为了测量毛Al合金的氧化动力学曲线,自制了氧化增重称量装置,该氧化装置由高温氧化炉、www.rongrun.net电子天平、温度控制系统组成。其中电子分析天平为MEI,n王TOLEDOB一N型,称量精度为0.1毫克。为防止肠Al合金在氧化过程中氧化层的脱落,将试样装在一个石英玻璃容器中,并用铂金丝悬挂在氧化炉中,当需要称量时,提起铂金丝,挂在电子天平的底座称量钩上,就可以从电子天平上直接读出试样在某一时刻的重量,然后减去它的原始重量,从而得出此时试样氧化的增重的重量。对原始试样,先将试样用砂纸磨光至800#,抛光,然后在丙酮和无水乙醇中清洗后干燥,氧化实验前用螺旋测微器测量试样精确尺寸,计算出试样的表面积,并用天平称量试样的初重。把氧化炉加热到870℃,温度稳定后,将试样放进氧化炉中,恒温100小时后,随炉冷却,氧化过程中在精度为0.1毫克的分析天平上不断称量试样重量变化,作单位面积的增重情况随时间变化的氧化动力学曲线。
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