專利名稱:稀土添加堆焊合金及在鋁基復(fù)合材料制備中的堆焊工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及的是一種焊接技術(shù)領(lǐng)域,具體地說,是涉及一種稀土添加的堆焊合金及在細(xì)晶粒表層鋁基復(fù)合材料制備中的激光堆焊工藝。
背景技術(shù):
為了提高鋁合金零部件的使用性能和使用壽命,通常對鋁合金零部件進(jìn)行表面改性,使其實(shí)現(xiàn)表面的耐磨性、紅硬性和高溫抗氧化性與內(nèi)部韌性、優(yōu)異加工性能的一體化。實(shí)現(xiàn)鋁合金零部件表面強(qiáng)度、功能性和內(nèi)部韌性一體化的常用方法有鍍層技術(shù)(電鍍、化學(xué)鍍、離子鍍、磁控濺射)、離子注入及沉積技術(shù)、噴涂技術(shù)(等離子噴涂、電弧噴涂、火焰噴涂)等。鍍層技術(shù)、離子注入及沉積技術(shù)制備的涂層或薄膜很薄,多數(shù)為二維材料,涂層與基體的結(jié)合為化學(xué)或機(jī)械結(jié)合,結(jié)合力比較弱,在特定的化學(xué)介質(zhì)應(yīng)用環(huán)境下容易剝落,難以滿足高溫結(jié)構(gòu)使用的工程要求,而且,制備周期長、設(shè)備昂貴、成本高或?qū)Νh(huán)境污染嚴(yán)重;噴涂技術(shù)雖然可以制備出較厚的涂層,但涂層與基體的結(jié)合為機(jī)械結(jié)合、結(jié)合強(qiáng)度差,而且微觀組織中常有疏松、氣孔等缺陷,難以滿足高溫結(jié)構(gòu)使用的要求。
目前,利用激光堆焊技術(shù)在鋁合金表面制備的鋁合金基復(fù)合材料,具有一定的工程厚度,可以靈活控制,同時(shí)可使涂層內(nèi)部、涂層與基體之間達(dá)到牢固的冶金結(jié)合。另外,通過選擇特定的堆焊合金,可使鋁合金零部件既具有高強(qiáng)度、高耐磨或耐腐蝕的工程結(jié)構(gòu)性,又具有高彈性模量、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結(jié)相和強(qiáng)化粒子混合而成,在加熱過程中不可避免會發(fā)生晶粒長大,堆焊合金與鋁合金基體發(fā)生強(qiáng)反應(yīng)形成較寬的熱影響區(qū),使晶粒變得粗大,降低了表層鋁基復(fù)合材料的復(fù)合性能。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn),李明喜等在《中國激光》的2004年9月第31卷1149-1152頁發(fā)表了“納米Al2O3/Ni基合金復(fù)合材料激光熔覆層組織”,其中的堆焊合金包括C、Si、Cr、Fe、W、Mn、Ni等,制備工藝采用激光器運(yùn)動(dòng)、試樣固定的加工方式。雖然納米Al2O3的加入一定程度上使晶粒的生長形態(tài)發(fā)生變化,由很細(xì)長的柱狀樹枝晶逐步過渡為較短的樹枝晶,但較脆硬的Al2O3強(qiáng)化粒子的加入,同時(shí)增加了堆焊層的裂紋傾向,使堆焊合金與基體之間的結(jié)合變?nèi)醵a(chǎn)生裂紋,另一方面,Al2O3細(xì)化晶粒的手段很容易在產(chǎn)品使用過程中(如退火過程等)發(fā)生組織的再次粗化。而無法實(shí)現(xiàn)制備冶金結(jié)合良好的細(xì)晶粒鋁合金基復(fù)合材料的目的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足,開發(fā)了一種新型的堆焊合金以及以該堆焊合金為熔覆金屬、制備細(xì)晶粒表層鋁基復(fù)合材料的激光堆焊工藝。在通過鎳基合金中的顆粒強(qiáng)化相保證復(fù)合材料高強(qiáng)度的條件下,稀土和Nb的添加有助于獲得更細(xì)小的晶粒尺度,對于強(qiáng)反應(yīng)界面形成的晶胞樹枝晶的長大具有抑制作用,激光堆焊制備的細(xì)晶粒表層鋁基復(fù)合材料中強(qiáng)化顆粒分布均勻,稀土以特殊形態(tài)彌散分布,在Ni基合金+稀土/Al合金基體界面,組織表現(xiàn)典型的晶胞組織形貌,從而獲得沒有缺陷,組織和性能良好的表層鋁基復(fù)合材料。
本發(fā)明所述的堆焊合金,其組分在于由稀土、Ni、C、Co、Nb、Cr、Fe、Ti、Al、W組成,各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下稀土6~8%;Ni45~48%;C0.6%;Co6~8%;Nb4%;Cr4~6%;Fe2~3%;Ti0.8~1.2%;Al4%;W余量;其中,稀土為氧化釔(Y2O3)或銫(Cs),C以石墨的方式加入。
本發(fā)明利用所公開的堆焊合金制備細(xì)晶粒表層鋁合金基復(fù)合材料的激光堆焊工藝在于,以所述堆焊合金為熔覆金屬,利用激光堆焊技術(shù)將其堆焊于鋁合金基體表面,激光束固定不動(dòng),通過CNC機(jī)床的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同形狀的鋁合金表面激光堆焊,制得細(xì)晶粒表層鋁合金基復(fù)合材料,可以改善復(fù)合材料與鋁合金基體之間的浸潤性,實(shí)現(xiàn)鋁合金產(chǎn)品的表面強(qiáng)化與改性、高性能鋁合金產(chǎn)品的生產(chǎn)等。
具體實(shí)施例方式
一種稀土添加的堆焊合金及在細(xì)晶粒表層鋁基復(fù)合材料制備中的激光堆焊工藝。其具體實(shí)施方式
為本發(fā)明所公開的新型堆焊合金由稀土、Ni、C、Co、Nb、Cr、Fe、Ti、Al、W組成,各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下稀土6~8%;Ni45~48%;C0.6%;Co6~8%;Nb4%;Cr4~6%;Fe2~3%;Ti0.8~1.2%;Al4%;W余量;其中,稀土最好為氧化釔(Y2O3)或氧化銫(Cs2O),C以石墨的方式加入。
以該堆焊合金為熔覆金屬,利用激光堆焊技術(shù)制備細(xì)晶粒表層鋁基復(fù)合材料的工藝為首先,將組成本發(fā)明堆焊合金的各組分按一定的配比在高能球磨機(jī)中球磨,細(xì)化顆粒的同時(shí)將混合粉末攪拌均勻,使其平均顆粒度達(dá)到10μm后取出;然后,將混合粉末以一定量放入壓模具內(nèi),利用壓力機(jī)對其施加5噸壓力并保持10分鐘,制成厚度為1mm的壓坯;將壓坯在加熱爐中置于180℃烘干其水分等雜質(zhì),預(yù)置于鋁合金基體上,利用激光掃描合金壓坯,使其堆焊于鋁合金基體表面,制得細(xì)晶粒表層鋁基復(fù)合材料。激光器類型Nd:YAG激光器;激光功率1.688kW;掃描速度10mm/s;激光束形狀窄帶激光(光斑直徑1mm);保護(hù)氣壓588/352kPa;氣體流量1.4L/mm;表層掃描搭接率30%。
權(quán)利要求
1.一種稀土添加堆焊合金,其特征在于,所述堆焊合金由稀土、Ni、C、Co、Nb、Cr、Fe、Ti、Al、W組成,各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下稀土6~8%;Ni45~48%;C0.6%;Co6~8%;Nb4%;Cr4~6%;Fe2~3%;Ti0.8~1.2%;Al4%;W余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土添加堆焊合金,其特征在于,所述稀土為氧化釔(Y2O3)或銫(Cs)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種稀土添加堆焊合金,其特征在于,其中C以石墨的方式加入。
4.一種權(quán)利要求1所述的稀土添加堆焊合金在細(xì)晶粒表層鋁基復(fù)合材料制備中的激光堆焊工藝,其特征在于,以所述堆焊合金為熔覆金屬,利用激光堆焊技術(shù)將其堆焊于鋁合金基體表面,激光堆焊過程包括預(yù)熱和堆焊兩個(gè)步驟,激光束固定不動(dòng),通過CNC機(jī)床的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同形狀的鋁合金表面激光堆焊。
全文摘要
本發(fā)明針對鋁基復(fù)合材料組織粗化且難以通過制備工藝控制的問題,公開了一種新型堆焊合金,該堆焊合金由稀土、Ni、C、Co、Nb、Cr、Fe、Ti、Al、W組成,各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下稀土6~8%;Ni45~48%;C0.6%;Co6~8%;Nb4%;Cr4~6%;Fe2~3%;Ti0.8~1.2%;Al4%;W余量;其中,稀土為氧化釔(Y
文檔編號B23K35/22GK101037755SQ20071003970
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者徐培全, 徐國祥, 鐘鎮(zhèn), 胡立旦 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)