[发明专利]一种激光表面熔凝提高2系铝合金抗腐蚀性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种激光表面熔凝提高2系铝合金抗腐蚀性能的方法。

背景技术

激光表面熔凝是以激光为热源，利用激光与物质相互作用快速熔化与快速凝固的特点，达到细化材料表层组织，减少偏析的目的。是一种快速高效无污染的材料表面改性技术。激光表面熔凝在提高材料耐磨性、抗腐蚀性等方面得到广泛应用。铝合金因其轻质、高强、加工性能好等优点，在航空航天、航海、汽车等领域应用广泛。然而，铝合金的抗腐蚀性差，尤其是以Cu为主要合金元素的2系铝合金，其抗腐蚀性差已成为限制其应用的主要瓶颈。2系铝合金抗腐蚀性差的主要原因是合金元素与主元素形成了第二相，主要为Al₂Cu，传统的铸、锻、焊成形的铝合金，第二相颗粒尺寸较大，限制了铝合金表面钝化膜的形成，在第二相与基体的界面处钝化膜较为薄弱，甚至存在裂纹等缺陷，当铝合金处在含氯离子的腐蚀环境下，氯离子容易通过这些钝化膜的薄弱区域渗透到金属表面，形成局部腐蚀。另一方面，Al₂Cu相具有比基体更高的电势，容易形成腐蚀微电池，Al₂Cu作为阴极，易导致其周围的基体被腐蚀。因此，要提高铝合金的抗腐蚀性能，控制第二相的形貌和分布是关键。

近几十年来，国内外学者在利用激光表面熔凝技术提高铝合金抗腐蚀性能方面开展了大量研究。Liu等人利用CO₂激光对2014和2024铝合金开展了表面熔凝研究，并研究了熔凝层的组织和性能。熔凝层组织为柱状枝晶或胞晶，枝晶间距为微米级，合金元素偏析得到较大改善，熔凝层的抗腐蚀性能得到较大提高。但由于冷却速率较低，重熔层仍然存在较大程度合金元素偏析，Cu元素聚集在枝晶间形成析出相，加之由于基体与Al₂Cu等第二相间的电偶效应，网状枝晶里的基体加速腐蚀，腐蚀性能提高有限。F.Viejo等研究了利用准分子纳秒脉冲激光对铝合金表面熔凝，由于准分子激光提供的超快冷却速率，熔凝层第二相完全消除，与此同时，由于较高的Cu含量，2系合金熔凝层存在一条Cu偏析带，此外，同样由于过高的冷却速率，熔凝层中存在气孔、裂纹等缺陷。虽然第二相的消除有助于减少电偶腐蚀，但偏析带，冶金缺陷等位置仍易受到点蚀攻击。

可见，已有的激光表面熔凝技术虽能不同程度提高铝合金的抗腐蚀性能，但因熔凝层存在合金元素偏析、冶金缺陷等，腐蚀性能的提高仍受到一定的限制，为进一步提高铝合金的抗腐蚀性能，需要获得一种组织细化，元素均匀分布，同时没有冶金缺陷的组织。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种激光表面熔凝提高2系铝合金抗腐蚀性能的方法，经本发明处理后形成的熔凝组织中，析出相呈细小球形且离散，元素均匀分布，Cu元素偏析减少，同时没有冶金缺陷，该组织能有效抵御腐蚀介质的攻击。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种激光表面熔凝提高2系铝合金抗腐蚀性能的方法，包括以下步骤：

在保护气氛下采用光纤毫秒方波脉冲激光对2系铝合金表面进行激光熔凝处理，其中，方波的峰值功率为600～1000W，脉冲频率为10HZ～100HZ，占空比为0.3～0.6；平均激光功率为600～800W，扫描速度为8～10mm/s。

上述的激光表面熔凝提高2系铝合金抗腐蚀性能的方法，优选的，光纤激光波长为1.06μm，光斑直径为1～2mm，搭接率为30～50％。

上述的激光表面熔凝提高2系铝合金抗腐蚀性能的方法，优选的，采用同轴送气方式输送保护气体，载气流量为10～12L/min。

上述的激光表面熔凝提高2系铝合金抗腐蚀性能的方法，优选的，在进行激光熔凝处理之前，还包括：在2系铝合金表面均匀涂覆一层炭黑。

上述的激光表面熔凝提高2系铝合金抗腐蚀性能的方法，优选的，在涂覆炭黑之前，还包括：对2系铝合金表面进行打磨、清洗。

与现有技术相比，本发明的优点在于：