一种在铝合金表面激光熔覆的方法技术

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。等缺陷较少。等缺陷较少。

【技术实现步骤摘要】
一种在铝合金表面激光熔覆的方法


[0001]本申请涉及激光熔覆
，具体而言，涉及一种在铝合金表面激光熔覆的方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]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。
[0005]本申请的实施例是这样实现的：
[0006]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。
[0007]激光熔覆采用的熔覆材料为铜粉和/或镍粉。
[0008]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。
[0009]激光熔覆过程中激光功率为1～5kW。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]可选地，搭接量为道宽的40～80％。
[0018]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。
[0019]可选地，激光束的焦点位置偏离脊背线0.3～0.6mm。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]可选地，激光束形成的斑点的直径为0.5～5mm。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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
[0030]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，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军浩，李铸国，冯珂，罗刚，焦伟，凌玮，刘长清，王瑞博，连宏宇，刘丽，程静，
申请(专利权)人：上海交通大学四川省宜宾普什模具有限公司，
类型：发明
国别省市：