激光表面处理对金属基复合材料耐蚀性能的影响分析

激光表面处理对金属基复合材料耐蚀性能的影响分析

陈裕华

广东长盈精密技术有限公司

摘要：本文主要通过应用不同的激光表面处理法，深度分析与研究了激光表面处理金属基复合材料耐蚀性能的影响。从而能够进一步提高激光表面处理的技术水准，不断提升金属金属基复合材料的耐蚀性能。

关键词：激光表面处理；金属基复合材料；耐蚀性能；影响

前言

由于铝基的复合型材料（aluminummatrixcomposite），其具有着较高的刚度、强度性、导热性、耐磨性就较小的热膨胀系数等功能优势。因而，其在我国的航空领域应用的较为广泛。那么，随着铝基的复合型材料在我国的航空领域广泛性应用，其在我国已经趋于实用化的发展阶段中。那么，随着增强体的有效加入，让复合型材料的实际性能实现了进一步的提升，其材料的组织均一性也随着降低，致使金属基的复合型材料实际的耐蚀性逐渐降低。那么，随着金属基的复合型材料的进一步发展与应用，必将逐渐攻破这一问题。在近几年，对于金属基复合型材料的表面处理方法有着许多中，最为有效的就是激光表面处理方法。在一定程度上，激光表面处理方法是提升金属基复合型材料耐蚀性最佳的方法。通过激光表面处理方法，能够对金属基的复合型材料予以改善。同时，运用金属中自由电子与光子的自由式碰撞，能够提高金属导带电子实际的能量，将其转化成为晶格的振动能，也是热量的产生。基于光子具有着较低的金属穿透能力，因而其能量都集中于金属的表面，在其表层的温度骤燃升高，并以1.0*105-1.0*108℃/s的速度进行快速的冷却，该材料的表面会形成较为均匀的细晶体结构，将金属基复合型材料的耐蚀性提升。那么，为了能够更好的保障金属基复合材料的耐蚀性，就需要深度分析与研究激光表面处理对金属基复合材料耐蚀性的影响。从而实现金属基复合材料耐蚀性的进一步提升。

1、激光表面的融凝（lasersurfacemelting）

激光表面的融凝技术，其主要是通过高能量的密度激光束，扫过材料的表面，让其发生局部的融化后进行急速冷却的一种技术。通过激光表面融凝技术的有效利用，对金属基复合型材料实际的耐蚀性机理予以改善，利用激光在金属基复合型材料表面予以照射。致使一些金属间的化合物及相关增强体实现分解，减少其在复合型材料组织中所形成的原电池，加速材料腐蚀。在其表面逐渐形成以基体为主的组织较为均一的相关薄层，通过具有较高耐蚀性的基体材料来增强金属复合型材料是的耐蚀性。在金属复合型材料经过了激光表面处理后，会呈现着压应力的状态，也会促使金属复合型材料实际的耐蚀性增强。在一定程度上，经过激光熔凝处理后的表面熔化区域具有着晶粒的细化，可获取亚稳态的组织，甚至是非晶的融化层内部较低的气孔率、表面与基体相结合的特点。那么，通过KrF准分子激光的有效利用，来对SiC晶须增强的铝基复合型材料予以表面的改性，利用X射线的衍射技术与显微镜，对经过激光处理前后的试件表层的化学结构与显微组织予以分析。经过试验研究表明，该准分子在经过激光处理后，其试件的表面形成了数微米厚铝层，该铝层内基本不含有金属间的化合物，SiC的增强相数量也相对减少，其材料实际的耐蚀性也有所提升；通过对Si/6061Al的金属复合型材料表面的激光处理后，在激光的熔化层内形成了较低耐蚀性的针状Al4SiC与Al4C3相，致使金属复合材料实际的耐蚀性逐渐降低。由此可见，激光表面熔凝对于金属复合材料实际耐蚀性的改善，会随着复合材料的不同而呈现出不同的改善效果。

2、激光表面的合金化（lasersurfacealloying）

激光表面的合金化，其主要是在金属复合材料的表面上进行合金元素的涂覆，通过激光的利用来让合金元素与基体达到最佳的熔化状态。基于温度的不均匀，其所产生的相关湍流现象会促使基体的表层与合金元素充分地混合，在快速冷却湖形成与基体不同的、具有较高耐蚀性的合金化的表面层。那么，通对SiC的颗粒增强、6061的铝复合材料、以Ni-Cr-B的粉末为原料，对激光的表面合金化后，合金层内的SiC颗粒处于完全被溶解的状态。在合金层内逐渐形成了较为复杂的一些新相，如初生的硅、Cr2B、Al3Ni2等。在一定程度上，这种新相都具有着较高的耐蚀性，在快速凝固后，该合金层的组织会变得更为细小且均匀，致使金属复合材料实际的耐蚀性逐渐提升。那么，为了能够进一步提升SiC增强的铝基复合材料实际的耐蚀性，通过KrF准分子激光的有效利用，在高纯度的氮气环境下，对SiC晶须增强的铝基复合材料，进行气体的合金化处理。在经过处理后，其试件的表面形成了几微米厚，富含着AIN的陶瓷相的相关表面改性表层，不再含有会导致材料耐蚀性降低的金属间化合物，SiC增强相的实际数量明显减少，促使金属复合材料的耐蚀性明显提升。

3、激光表面的熔覆（lasercladding）

激光表面的熔覆技术，其主要是在基体的表面进行一定厚度的合金元素涂覆。当该激光束逐渐作用于涂层上，该涂覆的合金元素就会出现合金化的反应，合金层会完全覆盖于基体的表面上。基体表层熔化后，其与合金层所产生的冶金就会结合。而其表面所存在的合金层就会把腐蚀的介质与基体隔断开，该材料实际的耐蚀性主要取决于其熔覆层实际的腐蚀性。通过YAG激光器的利用，再配合喷涂式的铜合金两步法操作工艺，利用2kW-Nd：YAG的激光，对Mg-SiC的复合材料予以激光的熔覆，在熔覆后其Mg-SiC的基体与表层Cu60Zn40的合金熔合处于极佳状态。激光的熔覆试样腐蚀的电位Ecorr，相比较于没有经过处理的高出3.5倍以上，腐蚀的电流密度Jcorr也降低了22倍以上。因而可以得出，激光的熔覆Cu60Zn40层能够将Mg-SiC复合材料实际的耐蚀性提升。

4、激光的参数对于金属基复合性材料表面处理所产生的影响

当前比较常用的相关激光器主要是KrF的准分子式激光器、YAG的固体式激光器及CO2的激光器。基于不同的激光器有着波长的差异，其对同一类材料的吸收率也呈现着一定的差异。材料对于激光束实际的吸收率a用0.35ρ/λ来表示，在该式中ρ主要表示电阻率，λ表示的是激光的波长。对于金属基复合型材料来说，增强体电阻率其通常都要比基体材料实际的电阻率大，其对于激光吸收率也大于基体材料。那么，在对金属复合材料予以激光表面的处理时，该增强体往往要优化于所吸收的热量，迅速加热至最高的温度，通过热传导对其基体进行加热。该过程能够使增强体首先及附近基体材料逐渐产生反应，致使增强体逐渐分解。那么，通过KrF的准分子式激光，来对SiC的晶须增强铝基复合型材料予以表面的改性。经过研究表明，激光的搭接区域会残留着许多SiC的晶须，腐蚀也会该过程发生。可以说搭接宽度是激光处理的重要参数，是打击宽度均一表面实际组织状态的保障。但基于该金属基复合材料，富含着基体与增强体不同的两相，二者对于激光实际的吸收率也较为不同。因而，还需要我国相关仪器与技术的进一步完善与发展，来不断优化激光表面处理的相关技术水准，让金属复合材料的耐蚀性逐渐增强。

5、结语

经研究表明，不同的激光表面处理方法对金属复合材料的耐蚀性都会产生不同的影响。那么，为了能够高效的提升金属复合材料的耐蚀性，就需要通过不断的实践研究，探索出最佳的激光表面处理方法。从而把握住不同激光表面处理方法的功能特点，来提高金属复合材料的耐蚀性。

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