激光功率对镁合金组织和性能的影响.pdf

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1、第33卷第3期东北电力大学学报Vo1．33．No．32013年6月JournalofNortheastDianliUniversityJun．，2013文章编号：1005—2992(2013)03—0031—04激光功率对镁合金组织和性能的影响高亚丽(东北电力大学机械工程学院，吉林吉林132012)摘要：采用激光熔凝技术可以明显改善镁合金表面耐蚀性和耐磨性，讨论在不同的激光功率作用下镁合金组织和性能的变化规律。研究结果表明，随激光功率增加，熔凝层中Al相对含量增加，／比值逐渐增加，熔凝层树枝晶尺寸增大。熔凝层的硬度、耐磨性和耐蚀性均较原始镁合金有着显著提高。当

2、激光功率为3kW时熔凝层具有最高硬度和耐磨性。由于第二相及晶粒细化的综合作用，导致激光功率为5kW的熔凝层具有最佳耐蚀性。关键词：激光功率；镁合金；组织；性能中图分类号：TG174．44文献标识码：A镁合金是结构材料中最轻的金属，密度约为铝合金的2／3，钢铁的1／4，用它来制造、代替现役的一些构件或零件，可使整个结构的重量大大减轻。由于我国能源紧张、汽车轻型化和环境要求，用镁合金代替其中的铝合金甚至钢铁件，将成为镁产业发展的主要拉动力j。此外镁合金还具有很高的屏蔽电磁干扰的性能；极好的切削加工性能和铸造性能，用于制作低温下工作的零件；具有超导性和储氢性等，因而

3、其应用范围可进一步扩大到电子、通讯及医疗等领域j。因此，镁合金引起了材料界的极大关注，世界范围内正掀起研究镁合金的高潮。但是镁的化学稳定性低，电极电位很负，耐磨性，硬度及耐高温性能也较差，这在某种程度上又制约了镁合金材料的广泛应用’加J，因此如何提高镁合金的表面性能已成为当今材料发展的重大课题。采用激光表面熔凝技术可以显著提高镁合金表面耐磨蚀性，但随镁合金表面所吸收激光能量密度不同，提高幅度有所不同。本论文即采用高功率快速扫描的激光熔凝技术对镁合金进行表面处理，研究在不同激光功率作用下镁合金熔凝层组织和性能的变化规律。1实验材料及方法实验材料为铸态AZ91HP

4、镁合金，化学成份如表1所示，式样尺寸为15mm×15mm×10mlTl。将试样置于真空容器中(真空度为10～Pa)，通氩气保护，然后采用横流cO激光器对试样进行熔凝处理。激光熔凝工艺参数如表2所示。表1ChemicalcompositionofAZ91HPmagnesiumalloy(、『I，【％)收稿El期：2013—01—14基金项目：东北电力大学博士科研启动基金(BSJXM一201010)作者简介：高亚丽(1978一)，女，吉林省德惠市人，博士，东北电力大学机械工程学院副教授，主要研究方向：镁合金激光加工第3期高亚丽：激光功率对镁合金组织和性能的影响33

5、度最大值出现在亚表层，过渡到热影响区硬度则陡降，直到镁合金基体时硬度降为最低。然而随激光功率的增加，熔凝层硬度呈先增后降的趋势，这主要由于熔凝层硬度受枝晶细化程度、硬质相一MgA1的含量及其在熔凝层中的分布所影响，通常枝晶越细小，细晶强化作用越大；硬质相含量越高，沉淀强化作用越高。在本研究中，随激光功率增加，熔凝层组织逐渐粗化，但硬质相卢一MgA1的含量却逐渐增加，两者的综合作用在激光功率为3kW时为最佳，此功率下熔凝层最高硬度约在140—155HK，较原始镁合金(80HK)约提高90％。激光熔凝镁合金硬度的提高主要与熔凝过程中快速凝固对镁合金所产生的强化作用

6、有关。在激光熔凝过程中，镁合金所产生的强化机制主要有细晶强化、固溶强化和沉淀强化。2．2．2耐磨性一般来讲，金属材料对磨粒磨损的抗力与H／E成比例，H为材料硬度，E为杨氏模量。然而，E是对组织不敏感的，金属抵抗磨粒磨损的能力主要与材Distancefromthesurfaem(mm)料硬度成正比，一般情况下，材料硬度越高，其抗磨H】sg8蓦图4不同功率下熔凝层显微硬度粒磨损能力也越好。在本研究中，由于熔凝层硬度较原始镁合金显著增加，所以熔凝层抗磨粒磨损能力也相应提高。熔凝层和原始镁合金的耐磨性也可通过磨损体积进行定量分析比较。由测得的磨痕宽度计算得原始镁合金和

7、不同功率下熔凝层磨损体积分别为67×10mm。和15—25×10I3mm(图5)。可见，经高功率激光处理后，熔凝层的磨损体积是原始镁合金的22—37％，耐磨性提高63—78％。熔凝层耐磨性的提高主要是组织细化所产生的细晶强化和硬质相一MgA1在软基体一Mg中细小弥散分布产生的沉淀强化综合作用的结果。不同功率下熔凝层磨损机制均以磨粒磨损为主，熔凝层耐磨性随激光功率增加的变化趋势与硬度变化趋势相一致，即在激光功率为3kW时耐磨性最好，尔后随激光功率增加，耐磨性降低。2．2．3耐蚀性原始镁合金和不同功率下熔凝层在3．5wt．％NaC1溶液中浸泡l2小时后的腐蚀速率结

8、果表明。不同功率下熔凝层腐蚀速率约为原