铝基体Ni-P镀层的激光改性、合金化与铝基粉末材料的镁合金激光熔覆研究

论文摘要

本研究利用Nd:YAG脉冲激光对铝合金和镁合金进行了表面改性。在铝合金基体上预镀了含P量为6.74%的Ni-P合金镀层,其后进行激光处理。在镁合金基体上涂覆了铝基合金粉末,对其进行激光熔覆。通过对铝基体上预镀的Ni-P合金镀层进行激光辐射的温度场分析,将激光束与镀层的作用分为两个过程,即Ni-P镀层的二次再结晶过程和Ni-Al的合金化过程。当Ni-P镀层进行了二次再结晶后,其性能方面,即镀层的表面粗糙度、镀层与基体的界面结合力和镀层的耐腐蚀性能均有很大程度的提高。另一方面,在Ni-Al的合金化层中获得了Ni-P的非晶态组织。我们对合金化层的宏观质量、微观组织、组织缺陷及性能等方面也进行了深入的研究,获取了大量的实验结果,通过讨论分析得到了一些有意义的结论。另外,通过选择合适的激光工艺参数,可以将Al-Ti-C粉末和Al-Al2O3粉末成功地熔覆在镁合金AZ91D基体上,并在熔覆层内获得了添加的陶瓷颗粒相,从而极大地提高了镁合金的耐磨损性能。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 激光在表面材料加工中的应用
• 1.3 铝合金激光合金化的研究
• 1.3.1 激光合金化技术研究
• 1.3.2 铝合金激光合金化的研究进展
• 1.4 镁合金激光熔覆的研究进展
• 1.5 激光合金化和激光熔覆的理论研究
• 1.5.1 激光熔池的计算模型
• 1.5.2 激光熔池的凝固组织模型
• 1.6 激光合金化和激光熔覆的应用
• 1.7 选题的意义及主要研究内容
• 1.7.1 选题的意义
• 1.7.2 本文的研究内容
• 第二章 实验内容与研究方法
• 2.1 实验设备
• 2.2 实验材料
• 2.3 预置涂层
• 2.3.1 铝合金基体上化学镀Ni-P镀层
• 2.3.2 用于镁合金激光熔覆的预涂铝基粉末
• 2.4 工艺参数及样品表征
• 2.4.1 激光处理铝合金基体上Ni-P镀层的工艺参数
• 2.4.2 在镁合金基体上激光熔覆Al基粉末的工艺参数
• 2.4.3 样品表征
• 2.4.4 性能测试
• 第三章 Ni-P镀层激光辐射温度场分析
• 3.1 引言
• 3.2 激光与材料的相互作用机理
• 3.3 激光作用的瞬态温度场分析
• 3.3.1 激光光斑上的能量分布
• 3.3.2 基本假设
• 3.3.3 激光作用瞬态温度场的数学解析
• 3.4 激光能量密度对表面形貌的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 激光热处理对Ni-P组织性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 铝合金基体上化学镀Ni-P镀层的组织
• 4.3 Ni-P镀层的二次再结晶
• 4.3.1 激光能量密度对镀层形貌的影响
• 4.3.2 Ni-P镀层的二次再结晶机理
• 4.4 Ni-P非晶态组织的形成
• 4.4.1 Ni-P镀层晶态向非晶态组织转变的机理
• 4.4.2 Ni-P非晶组织晶化的热处理实验
• 4.5 Ni-P镀层性能的变化
• 4.5.1 表面粗糙度
• 4.5.2 界面结合力
• 4.5.3 耐腐蚀性能
• 4.6 本章小节
• 第五章 激光作用下Ni-Al合金化层的研究
• 5.1 引言
• 5.2 Ni-Al合金化层的动力学分析
• 5.3 激光工艺参数对合金化层宏观组织缺陷的影响
• 5.3.1 单道扫描的缺陷
• 5.3.2 单脉冲和单道的环状裂纹
• 5.3.3 多道搭接的缺陷
• 5.3.4 截面的沿晶裂纹
• 5.4 激光工艺参数对合金化层微观组织性能的影响
• 5.4.1 Ni-Al合金化层的XRD结果
• 5.4.2 Ni-Al合金化层的组织
• 5.4.3 Ni-Al合金化层的硬度分布曲线
• 5.5 分析与讨论
• 5.5.1 合金化层中的微观组织
• 5.5.2 熔池凝固结晶方向的定性分析
• 5.5.3 熔池的流动定性分析
• 5.5.4 合金化层凝固结晶组织形态分析
• 5.5.5 枝晶生长界面前沿的行为
• 5.6 本章小节
• 第六章 Al基粉末在镁合金基体上的激光熔覆
• 6.1 引言
• 6.2 Al-Ti-C粉末在镁合金基体上的激光熔覆
• 6.2.1 Al-Ti-C粉末体系的自蔓延反应合成
• 6.2.2 激光熔覆TiC涂层形成过程的热力学分析
• 6.2.3 激光熔覆Al-Ti-C涂层的组织形态及性能检测
• 2O₃粉末在镁合金基体上的激光熔覆'>6.3 Al-Al₂O₃粉末在镁合金基体上的激光熔覆
• 6.3.1 激光工艺参数对熔覆层形态的影响
• 6.3.2 涂层中Al含量对熔覆层组织的影响
• 6.3.3 熔覆层耐磨损性能的检测
• 6.4 本章小节
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢
• 摘要
• Abstract