鎂合金激光表面處理技術(shù)分析
引言
鎂合金具有密度小，比強(qiáng)度、比剛度高，導(dǎo)熱性好，良好的電磁屏蔽特性和阻尼減震能力。鎂合金已經(jīng)取代許多鋅、鋁、鑄鐵和鋼等材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、計算機(jī)、通訊等行業(yè)，特別是汽車行業(yè)對鎂合金零件的需求量急增，使鎂合金的應(yīng)用表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。然而，鎂合金較差的耐磨性、耐蝕性制約著鎂合金潛力的發(fā)揮。因此，鎂合金的表面處理技術(shù)受到研究者的高度重視。
激光表面處理技術(shù)是近十幾年發(fā)展起來的一門新技術(shù)，相對于目前的鎂合金材料表面改性處理技術(shù)，激光法由于能進(jìn)行局部快速加熱和通過選擇波長使其產(chǎn)生特定的化學(xué)反應(yīng)，所以對材料表面改性更能起到巨大的作用。激光表面處理方法主要有激光表面相變及沖擊硬化、激光表面熔凝、激光表面合金化及激光表面熔覆等。其中，運用在鎂合金中的激光表面改性技術(shù)主要是激光熔凝、激光合金化及激光熔覆。
1鎂合金激光表面熔凝
激光熔凝是利用高功率密度的激光在極短的時間內(nèi)與金屬交互作用，將金屬表面局部區(qū)域瞬時加熱到相當(dāng)高的溫度并使之熔化，隨后借助于冷態(tài)的金屬基體吸熱和傳熱過程使熔化的金屬表層快速凝固，從而改變零件表層組織和性能。由于這一過程是在快速加熱和快速冷卻下完成的，所以得到的硬化層組織較細(xì)，硬度也高于常規(guī)淬火的硬度。這種技術(shù)提高了金屬材料及零件的表面硬度、耐磨性、耐蝕性及強(qiáng)度和高溫性能等。
在真空條件下，高亞麗等對AZ91HP鎂合金進(jìn)行了激光熔凝處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)鎂合金激光熔凝層主要是由α3/Mg相和β-Mg17Al12相所構(gòu)成。隨著激光掃描速度的增加，熔凝層硬度、耐磨性也隨之增加。但在不同掃描速度下，激光熔凝層耐蝕性較基體鎂合金有所降低，且隨著掃描速度的降低，熔凝層耐蝕性下降幅度增大。
A Kousomichalis、曾愛平等用KrF激光在真空條件下照射打磨過的AZ3lB4H試樣表面。發(fā)現(xiàn)試樣表面顯微形貌為波紋狀，并且激光處理后表面與沒有處理的試樣相比呈張應(yīng)力。激光處理層30μm顯微硬度比基體的低，激光處理過的試樣耐蝕性有較大的提高。
采用Nd:YAG激光器，D Dube等對AZ91D和AM06B兩種鎂合金進(jìn)行了激光熔凝處理，其微觀結(jié)構(gòu)呈樹枝狀，晶粒得到細(xì)化，雖然經(jīng)過激光熱處理的AM60B鎂合金的腐蝕性能高于AZ91D，但并沒有獲得顯著的提高。甚至在某些工藝參數(shù)下會顯著降低耐腐蝕性能。Yaojun等在AZ91D鎂合金表面進(jìn)行激光熔凝，熔凝層形成的微觀組織結(jié)構(gòu)較均勻，相應(yīng)地提高了激光熔凝層的耐磨性。利用2kW連續(xù)波的CO2激光器，G.Abas等對A3Z1、AZ61和WE43鎂合金表面進(jìn)行激光熔凝，熔凝試樣在20℃下被浸沒在pH值為10.5的氯化鈉(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%)溶液中10d，結(jié)果顯示經(jīng)過激光熔凝后的鎂合金的耐蝕性得到了提高，細(xì)化了合金的微觀結(jié)構(gòu)，增加了合金元素在。相固溶體中的濃度，使β相分布得更均勻，形成了1層耐蝕層。
2鎂合金激光表面合金化
激光表面合金化是通過熔化基體表面預(yù)先涂覆的膜層和部分基體，或者在表面熔化的同時注人某些粉末，膜層或表面在熔池中液態(tài)混合后發(fā)生快速凝固，從而在表面形成1層具有期望性能的合金薄層，以提高基體性能。近些年來，鋁及鋁合金激光表面合金化研究比較活躍，而對于鎂及鎂合金的激光表面合金化的研究并不很多。
Wang A A等在鎂基體上用激光進(jìn)行Mg和Al合金化處理，通過TEM的選區(qū)電子衍射斑點發(fā)現(xiàn)了鎂鋁合金的存在，其樣品的抗腐蝕性能優(yōu)于鑄鎂和鎂合金。R Galun等采用鋁、銅、鎳和硅等元素，使用5kWCO2激光器對鎂合金表面進(jìn)行合金化.熔化深度為700-1200μm，表面硬度達(dá)到250HV。表面合金層合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%-55%，加人銅合金時，抗腐蝕性能有較大改善，而加人鋁合金時抗腐蝕性能顯著增強(qiáng)。
3鎂合金激光表面熔覆
