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      激光熔覆制備鋁硅梯度材料

      2020-09-10 07:22:44孫澤陽華鵬李枘周偉李先芬
      電焊機 2020年11期
      關(guān)鍵詞:鋁合金

      孫澤陽 華鵬 李枘 周偉 李先芬

      摘要:以1050鋁合金為基體,利用激光熔覆技術(shù)成功制備了從Al-70Si到近乎純硅的超高硅含量的鋁硅梯度材料,觀察和分析熔覆層的截面形貌、顯微組織、物相組成成分和硬度等。研究結(jié)果表明,熔覆層內(nèi)部組織的分布為最外層初晶硅含量最多,尺寸也最大;從熔覆層表面到基體處,初晶硅的體積分數(shù)及尺寸逐漸減少,呈梯度變化。硅顆粒形貌由長條狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅螤?,靠近基體處的顆粒趨于圓片狀,分析認為硅顆粒形貌的不同是由于溫度梯度和凝固快慢不同導致的,與熔池大小和停留時間相關(guān)。鋁硅梯度材料的硬度分布為最外層硬度較高,由外向內(nèi)硬度逐漸減少,呈梯度變化。

      關(guān)鍵詞:鋁合金;激光熔覆;鋁硅;梯度材料

      中圖分類號:TG456.7 文獻標志碼:A 文章編號:1001-2303(2020)11-0012-04

      DOI:10.7512/j.issn.1001-2303.2020.11.03

      0 前言

      相較于傳統(tǒng)的合金材料、復合材料等,功能梯度材料的設(shè)計概念更為先進。該材料是組分和結(jié)構(gòu)沿一定方向(一維、二維或三維)呈梯度變化(這個變化是連續(xù)的),使得其性能與功能也隨之呈梯度變化的非勻質(zhì)新型材料[1-5]。1987年日本學者新野正之等人[6]首次提出功能梯度材料,經(jīng)過幾十年的深入探索與不懈研究,國內(nèi)外在功能梯度材料的制備方面日漸成熟。其主流制備方法有:氣相沉積法、等離子噴涂法、自蔓延高溫合成法、粉末冶金法、激光熔覆法等[7-8]。

      文中選用激光熔覆法制備梯度涂層,其突出優(yōu)勢在于不受基體大?。庀喑练e法不適合進行大尺寸梯度材料的沉積)、合金體系(適合自蔓延高溫合成法的合金體系非常稀少,限制其應用范圍)、模具(模具限制了粉末冶金法制備形狀和尺寸)等限制[9-12],且能達到良好的冶金結(jié)合(等離子噴涂法不足之處在于基體結(jié)合力不高導致強度低,梯度涂層組織中存在較多的疏松與孔洞,大概率會成為涂層失效的裂紋源[13])。而且激光熔覆法可以利用激光束高能密度大、加熱速度快的特點,以達到超快速凝固,其制備時間短,適用場所廣泛。

      李艷霞等[14]以A390鋁合金為坯料,制備出硅體積分數(shù)15%~25%的近活塞形杯狀樣品,高硅杯底處能滿足活塞零件的強度要求,低硅杯壁處能滿足活塞高導熱的要求;Yu等[15]采用離心技術(shù)成功制備出共晶Al-6%Si合金梯度功能材料,由內(nèi)向外,初晶硅的體積分數(shù)及尺寸硬度、耐磨性均逐漸減小,且呈梯度變化。

      由于常規(guī)方法制備高硅鋁合金時難以獲得超高硅含量的材料,而且電子封裝不同部位對硅含量有著不同要求。文中以制備出超高硅含量的梯度材料為出發(fā)點,通過控制激光熔覆每層組元的成分比例,探究了硅含量從70%逐層遞增到接近100%的鋁硅梯度材料制備的可能性。通過觀察和分析熔覆層的截面形貌、顯微組織、物相組成成分、硬度等,探究了成分梯度變化對其組織及性能的影響。

      1 試驗方法

      試驗選用1050鋁合金板作為激光熔覆的基體材料,主要原因是其便于加工及成型,在其表面預置硅粉或鋁硅混合粉末,進行一層或多層激光熔覆,可用于制備不同成分的高硅鋁合金表層材料及塊體材料。1050鋁合金主要化學成分如表1所示,其中Al含量大于等于99.5%。用于激光熔覆的粉末材料為純度99.9%、顆粒度9.8 μm、熔點1 410 ℃的Si粉,以及純度99.9%、顆粒度98 μm、熔點660 ℃的Al粉,用激光粒度儀測試熔覆粉末的顆粒度,結(jié)果如圖1所示。

      1.1 試驗設(shè)備

      試驗所用設(shè)備有激光粒度儀、LWS-1000型Nd:YAG激光器、PG-2B型拋光機、DK7735 型電火花線切割機、HT630CN金相顯微鏡、stemi305型體視鏡、掃描電子顯微鏡、立式萬能磨損試樣機等。

      在1050鋁合金表面單層激光熔覆硅粉制備高硅鋁合金,通過控制鋁粉與硅粉的質(zhì)量比可以得到特定組元分數(shù)的高硅鋁合金。之后再通過不斷變化每一層鋁粉與硅粉的質(zhì)量比,制備出組元梯度變化的鋁硅梯度材料。

      具體實施工藝為:第一層進行純硅粉單層激光熔覆,得到Al-70Si熔覆層;第二層鋁粉與硅粉混合質(zhì)量比例為3∶7;第三層鋁粉與硅粉混合質(zhì)量比例為2∶8;第四層鋁粉與硅粉混合質(zhì)量比例為1∶9;第五層為純硅粉。激光工藝參數(shù)為:每層厚度250 μm,選擇激光掃描速度為200 mm/min,激光輸出功率250 W,光斑直徑0.6 mm,脈寬2 ms,激光頻率25 Hz,離焦量1 mm,搭接率50%。

      2 試驗結(jié)果及分析

      2.1 截面形貌

      多層激光熔覆制備鋁硅梯度材料截面形貌如圖2所示,靠近上表面處產(chǎn)生少量微裂紋,推測是硅含量過高所導致。熔覆層顏色深淺不同是不同位置硅含量不同導致。多層熔覆后,與基體結(jié)合良好。

      2.2 顯微組織分析

      2.2.1 金相分析

      多層激光熔覆制備鋁硅梯度材料金相組織如圖3所示。可以看出,內(nèi)部組織為初晶硅,無明顯共晶組織,硅顆粒尺寸從表面到界面處逐漸減小,硅顆粒形貌由長條狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅螤睿诳拷w處,顆粒趨于圓片狀,硅顆粒形貌的不同是由溫度梯度和凝固快慢不同所致,與熔池大小和停留時間相關(guān)。在靠近基體側(cè),由于溫度梯度高、冷卻速度快,硅顆粒趨于圓潤,且尺寸較為細小,一般小于10 μm;在靠近表面處,由于硅含量過高,近乎純硅,出現(xiàn)少量裂紋,但仍達到較好的冶金結(jié)合。在金相組織中觀察到少量孔隙,這可能是多層熔覆的快速凝固過程導致的,硅相在熔池內(nèi)部劇烈對流,在熔池邊界快速凝固,一些部位凝固收縮后形成少量孔隙。

      2.2.2 XRD測試

      對梯度材料上表面進行XRD測試,結(jié)果如圖4所示,上表面近乎純硅,有少量鋁存在。這表明多層熔覆后的表面硅含量高,且達到一定冶金結(jié)合,與試驗設(shè)計結(jié)果相符合。

      2.2.3 截面元素分析

      鋁硅梯度材料截面元素分布如圖5所示??梢钥闯?,從熔覆層到基體,Al元素百分比含量逐漸增多,Si元素百分比含量逐漸減少,與試驗設(shè)計思路相符合,界面逐層堆積,硅含量逐漸升高,實現(xiàn)了材料成分的梯度變化。

      2.3 硬度測試

      通過控制激光熔覆每層組元,制備了從Al-70Si到近乎純硅的鋁硅梯度材料。硅作為硬質(zhì)相,能夠顯著提高材料硬度。在激光熔覆截面上,沿表面向基體方向取點,間隔0.05 mm,載荷200 g,加載時間10 s。截面硬度曲線如圖6所示,可以看出,硬度值逐漸降低,最高值約為600 HV,在靠近基體側(cè),硬度值下降至約200 HV,母材硬度值約為34 HV。硬度值主要由硅顆粒尺寸和形貌決定,也與硅含量多少相關(guān),一般情況下,硅含量越高,硬度值越高。

      3 結(jié)論

      (1)利用激光熔覆技術(shù)成功制備出超高硅含量的鋁硅梯度材料,完成了試驗的設(shè)計方案,實現(xiàn)了材料成分的梯度變化。

      (2)鋁硅梯度材料熔覆層內(nèi)部組織的分布為最外層初晶硅含量最多,尺寸也最大;從熔覆層表面到基體處,初晶硅的體積分數(shù)及尺寸逐漸減少,呈梯度變化。硅顆粒形貌由長條狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅螤?,在靠近基體處,顆粒趨于圓片狀;硅顆粒形貌的不同是溫度梯度和凝固快慢不同所致,與熔池大小和停留時間相關(guān)。

      (3)鋁硅梯度材料的硬度分布為最外層硬度較高,由外向內(nèi)逐漸降低,呈梯度變化。

      參考文獻:

      [1] Hogg S C,Lambourne A,Ogilvy A,et al. Microstructural characterisation of spray? formed Si-30Al for thermal ma-nagement applications[J]. Scripta Materialia,2006,55(1):111-114.

      [2] 高曉霞,姜曉紅,田東燕. 功能梯度材料研究的進展綜述[J] . 山西建筑,2006,32(5):143-144.

      [3] 王立平,高燕,胡麗天,等. 電沉積功能梯度材料的研究現(xiàn)狀及展望[J]. 表面技術(shù),2006,35(2):1-3.

      [4] 張國兵,郭全貴,劉朗,等. SiC/C功能梯度材料的設(shè)計、制備及性能[J]. 宇航材料工藝,2006(增刊):60-65.

      [5] D Li,M Zuo,Q Zhang,et al. The investigation of continu-ous nucleation and refinement of primary Si in Al-30Si mushy zone[J]. Wournal of Alloys and Compounds,2010,502(2):304-309.

      [6] M Tebib,AM Samuel,F(xiàn) Awersch,et al. Effect of P and Sradditions on the microstructure of hypereutectic Al-15Si-14Mg-4Cu alloy[J]. Materials Characterization,2014,89(3):112-123.

      [7] 白光宇. Al-Si-W合金電子封裝材料制備及性能研究[D].黑龍江:哈爾濱工業(yè)大學,2017.

      [8] Cui C. Characterization of silicon phases in spray-formed and extruded hypereutectic Al-Si alloys by image analysis[J]. Wournal of Materials Science,2009,44(18):4816-4826.

      [9] 夏軍. 梯度功能材料的制備技術(shù)與應用前景[J]. 化工新型材料,2001(6):20-22.

      [10] 張小誠. 新型材料與表面改型技術(shù)[M]. 廣州:華南理工大學出版社,1990:254-262.

      [11] 楊森,趙金蘭,楊欣. 激光熔覆制備梯度功能涂層的研究現(xiàn)狀[J]. 激光技術(shù),2007,31(2):220-224.

      [12] 郭衛(wèi)紅,汪濟奎. 現(xiàn)代功能材料及其應用[M]. 北京:化學工業(yè)出版社,2002.

      [13] 劉純波,林鋒,蔣顯亮. 熱障涂層的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 中國有色金屬學報,2007,17(1):1-13.

      [14] 李艷霞,張巨成,王云霄,等. 高硅含量鋁硅梯度合金制備及其組織、性能研究[J]. 北華航天工業(yè)學院學報,2017,27(6):1-4.

      [15] 于思榮,任露泉,張新平,等. 過共晶Al-16%Si合金梯度功能材料的組織與性能[J]. 吉林工業(yè)大學自然科學學報,2001(1):10-13.

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