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铝基颗粒增强复合材料缺陷激光修复造技术

2014-02-20 14:35
flinay
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  铝基颗粒增强复合材料(AMC)是金属基复合材料的一种,具有密度低、制备灵活、可热处理等优点,成为金属基复合材料研究和发展的主流,在航空航天、军事、汽车、电子、体育等领域有着广泛的应用。铝基复合材料的颗粒增强相有SiC、TiC、Al2O3、TiB2等 。目前,熔铸是制备AMC材料和构件常用的方法,然而,由于铝合金粘度大、流动性差,铸件产品经常出现点状缺陷,而这些点状缺陷大多数都是在零件快加工到尺寸的时候才被发现,严重影响产品质量和成品率。

  目前,通常采用氩弧焊补焊来解决AMC的点状缺陷,但氩弧焊存在热影响区大、烧损严重、形变大、基体晶粒尺寸长大等严重问题。因此,AMC点状缺陷的补焊成为影响该类产品质量的技术难题。

  一、技术方案

  采用波长3kW半导体激光器(波长980nm)+机器人系统,铝合金对半导体粉末激光的吸收率能达到90%以上,利用送粉装置将粉末送到熔池,实施激光点状补焊。

  二、修复层组织分析

  1、激光修复层的宏观形貌

  图1 AMC板修复层表面形貌

  a)一次补焊断面

  b)两次补焊断面

  c)扫描补焊断面

  图2 补焊层横断面形貌

  按照图1所示的切割方向对补焊层进行切样分析,切割样品的宏观形貌见图2所示。由表面和横断面形貌可以看出,激光补焊层出气孔和裂纹等缺陷,补焊层表面光滑且呈金属色,无氧化现象。

  2、激光修复层组织分析

  由图3可以看出,基材为铝基复合材料,白色部位为铝基体,黑色部分为强化相,强化相团聚严重,呈网状分布。

  图3 铝基复合材料基体组织

  图4 补焊层组织

  图5 补焊层与基体界面组织

  图4为激光补焊层组织,与基体相比,第二相分布更为均匀,消除了网状第二相分布的组织。图5为激光补焊层与基体界面的组织,标明基体和补焊层呈良好的冶金结合状态。组织分析表面,补焊层无显微裂纹和气孔。

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