[发明专利]一种激光熔覆制备Al-Cr复合涂层的方法

说明书

本发明公开了一种激光熔覆制备Al‑Cr复合涂层的方法，属于铝合金表面处理技术领域。包括以下步骤：先将Al、Cr粉末混合均匀，干燥；将铝合金板用砂纸磨掉表面的氧化层，再用超声波清洗，吹干；然后进行表面喷砂处理，以增加对激光的吸收；采用激光熔覆的方法，氩气保护的同轴送粉方式，在铝合金表面熔覆Al‑Cr复合涂层；在高能量密度的激光束的作用下，Al和Cr反应生成Al_xCr_y金属间化合物，金属相和陶瓷相共同组成复合涂层。由于Al‑Cr复合涂层具有与基材结合好、不易开裂、硬度高、耐磨性好等优点，铝合金的表面以此得到强化。

技术领域

本发明属于铝合金表面处理技术领域，尤其涉及一种激光熔覆制备Al-Cr复合涂层的方法。

背景技术

轻量化材料的使用是飞机轻量化设计的重要保证。铝合金材料由于具有比强度高、成本低的优点，受到了人们的青睐。航空硬铝7075被称为铝合金中最优良的产品，固溶处理后塑性好，热处理强化效果特别好，被用来制作飞机零部件、齿轮和轴等，但其表面性能较低不能满足现代航空工业更高的要求。

激光熔覆技术利用高能量密度的激光束为热源，使熔覆材料与基材表面一起熔凝，在基材表面形成冶金结合的添料熔覆层。熔覆层具有热影响区小、稀释率低、工件变形程度低等优点，该技术广泛应用于核电、汽车工业、航空航天等领域。然而，激光熔覆是一个急冷急热的过程，在基体与熔覆层之间和熔覆层内容易产生裂纹，因而限制了该技术的推广应用和产业化的发展。有研究在6061铝合金表面激光熔覆NiCrAl+Y₂O₃硬质合金涂层时，对裂纹产生的机理做了研究，裂纹是在拘束应力和热应力共同作用下，发生的应变大于熔覆层的延性而产生的，为低塑性脆化裂纹。有报道在激光沉积Al-40％Si合金的研究中指出，铝合金的激光反射率高、热膨胀系数大、导热率高、易变形开裂，难于实现激光快速成形。

因此，采用激光熔覆技术对铝合金进行表面强化会产生如下两个问题：1.激光熔覆的急冷急热过程易产生大量的残余应力，导致裂纹出现；2.铝合金为高反射率材料，激光熔覆技术的应用有一定难度。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术中存在的问题，提供一种激光熔覆制备Al-Cr复合涂层的方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种激光熔覆制备Al-Cr复合涂层的方法，包括以下步骤：

S1.将Al粉和Cr粉混合均匀，然后用铝箔纸包裹，干燥；

S2.用砂纸磨掉铝合金板表面的氧化层，清洗吹干后，对表面进行喷砂；

S3.采用激光熔覆技术将S1所得干燥的Al-Cr混合物在经S2处理后的铝合金表面熔覆为Al-Cr复合涂层，即可。

本发明在铝合金表面制备Al-Cr复合涂层时，一方面，向熔覆粉末中添加了大量的Al元素，面心立方晶格的Al可以作为增韧、增塑元素，从而避免由于激光熔覆的急冷急热过程易产生大量的残余应力而出现裂纹，减少裂纹萌生的概率；另一方面采用喷砂技术对铝合金基板进行预处理，以增加高反射率的铝合金对激光的吸收。

本发明通过将Al粉和Cr粉用铝箔包起来，避免在干燥的过程中受到污染，从而祛除金属粉末中的水汽，避免在激光作用时，由于粉末中的水汽而产生气孔等缺陷。

随后在高能量密度的激光束的作用下，Al和Cr反应生成Al_xCr_y金属间化合物，金属相(未反应完全的Al、Cr)和陶瓷相(Al_xCr_y)共同组成复合涂层。由于Al-Cr复合涂层具有与基材结合好、不易开裂、硬度高、耐磨性好等优点，铝合金的表面由此得到强化。

进一步地，S1中Cr粉质量占Al粉质量的10-80％；优选为50％。