1.本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種鋁合金板表面激光熔覆成型方法。

背景技術(shù)：

2.鋁合金質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐大氣腐蝕、無(wú)低溫脆性、非磁性、易加工成形，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車機(jī)械、電子工業(yè)以及國(guó)防軍工等領(lǐng)域，但其耐磨損、抗沖蝕性能差，限制了其在鉆探采掘(如鋁合金鉆桿)、高速列車、輕質(zhì)裝甲等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。為了解決鋁基材料這一性能短板，近年來(lái)鋁基復(fù)合材料，特別是陶瓷增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，得到了廣泛的研究。

3.碳化硼(b4c)陶瓷是已知最堅(jiān)硬的三大材料之一，其硬度僅次于金剛石和立方氮化硼，且密度低(2.52g/cm3)、強(qiáng)度大、高溫穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性好，特別是其具有優(yōu)良的中子捕獲能力，且易于制造，價(jià)格比后兩種超硬材料低廉，在耐磨材料，尤其在輕質(zhì)裝甲、核反應(yīng)堆中子吸收劑等方面應(yīng)用廣泛。但大塊的b4c脆性大，很難單獨(dú)作為結(jié)構(gòu)材料使用。b4c顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料很好地滿足了輕量化和耐磨損雙重要求。目前，b4c顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料主要采用鑄造、粉末冶金等工藝方法制備。由于b4c硬度高，對(duì)工、模具傷害大，一次成型后很難再進(jìn)行后續(xù)加工，限制了b4c顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用。而b4c顆粒增強(qiáng)al基復(fù)合熔覆層制備，作為最后一道工序，不影響鋁合金前序加工成形，既能滿足使用性能需要，又能解決工藝性能要求。

4.與整體b4c顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料相比，b4c顆粒增強(qiáng)al基復(fù)合熔覆層不影響常規(guī)鋁合金結(jié)構(gòu)件的制造及基體性能，且表面強(qiáng)化效果更好、成本更低、制備過(guò)程更簡(jiǎn)單，因此我們致力于在鋁合金板表面制備b4c顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合涂層。

5.由于鋁及其合金表面有一層致密的氧化膜，傳統(tǒng)方法很難將陶瓷顆粒導(dǎo)入鋁合金表層并形成冶金結(jié)合，采用噴涂技術(shù)導(dǎo)入到金屬表面的陶瓷顆粒只能形成機(jī)械鑲嵌，結(jié)合強(qiáng)度低，使用過(guò)程中容易脫落。國(guó)內(nèi)外采用鑄造、粉末冶金等方法整體制備陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的報(bào)道較多，但到目前，在鋁合金板表面制備陶瓷增強(qiáng)al基復(fù)合熔覆層的工作尚較為少見(jiàn)。

6.中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)號(hào)為cn101733560a，公開(kāi)日為2010.06.16，發(fā)明創(chuàng)造名稱為“一種送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形方法及裝置”，專利報(bào)道了一種適合激光作為熱源的絲-粉復(fù)合熔覆成形方法，但只適用于fe基涂層的制備，不能調(diào)節(jié)送粉角度。

7.中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)號(hào)為cn101722346a，公開(kāi)日為2010.06.09，發(fā)明創(chuàng)造名稱為“c02氣體保護(hù)-噴射送粉復(fù)合堆焊工藝”，專利也報(bào)道了一種粉-絲復(fù)合表面堆焊的工藝，其采用的是與焊絲同軸送粉的方式，不能調(diào)節(jié)送粉角度，也只適用于fe基涂層的制備。

8.中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)號(hào)為cn103273170a，公開(kāi)日為2013.09.04，發(fā)明創(chuàng)造名稱為“一種陶瓷增強(qiáng)鐵基耐磨復(fù)合涂層的堆焊方法”，專利所報(bào)道的陶瓷增強(qiáng)鐵基耐磨復(fù)合涂層，即采用的是“c02氣體保護(hù)-噴射送粉復(fù)合堆焊工藝”，同樣只適用于fe基復(fù)合涂層的制備。

9.并且，激光、等離子等高能束熱源溫度太高，可將導(dǎo)入的陶瓷顆粒直接熔解；此外，

目前的堆焊、熔覆手段，無(wú)法破除鋁合金板表面致密的氧化膜而有效導(dǎo)入陶瓷增強(qiáng)顆粒。從文獻(xiàn)檢索知，目前國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)到有利用粉-絲復(fù)合熔覆技術(shù)在鋁合金板表面制備b4c顆粒增強(qiáng)al基復(fù)合涂層的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

10.為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種鋁合金板表面激光熔覆成型方法。

11.本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)。

12.本發(fā)明提供了一種鋁合金板表面激光熔覆成型方法，包括以下步驟：

13.(1)將b4c顆粒單獨(dú)置于送粉器中，鋁合金焊絲固定在自動(dòng)送絲機(jī)上，并將送粉噴嘴與熔化極惰性氣體保護(hù)焊-mig焊槍復(fù)合，調(diào)節(jié)焊槍高度和送粉噴嘴角度送絲和送粉，耦合點(diǎn)落在鋁合金基板上；

14.(2)采用純度為99.99％的高純氬氣作為保護(hù)氣和送粉氣，調(diào)節(jié)鋁合金mig焊參數(shù)和注射送粉參數(shù)；

15.(3)在鋁合金板表面啟動(dòng)mig焊的同時(shí)，開(kāi)啟旁側(cè)注射送粉，使b4c顆粒注入鋁合金熔池中。

16.所述mig焊的電流為60～100a單脈沖直流，電壓為15～20v，保護(hù)氣流量為12～15l/min；b4c送粉速度1～2g/min，送粉氣流量2～3l/min；熔覆速度300～400mm/min。

17.包括其中b4c顆粒增強(qiáng)al基復(fù)合熔覆層由鋁合金基體和b4c增強(qiáng)顆粒組成，利用熔化極惰性氣體保護(hù)焊-mig焊，向鋁合金板表面過(guò)渡鋁合金焊絲的同時(shí)，輔助旁側(cè)注射b4c顆粒融入al基熔覆層，即為在鋁合金板表面制備b4c顆粒增強(qiáng)al基復(fù)合熔覆層。

18.其中熔覆層中的b4c顆粒非均勻分布；表層的b4c顆粒覆蓋率在30％～40％，自表面沿深度方向的含量逐漸減小。

19.所述的鋁合金板表面激光熔覆成型方法厚度為2～3mm。

20.所述的b4c顆粒尺寸為120目。

21.所述熔覆層al基體用鋁合金絲材為直徑1.2mm的er5356焊絲。

22.本發(fā)明的有益效果在于：采用本發(fā)明的技術(shù)方案，將鋁合金mig焊與注射熔覆技術(shù)相結(jié)合，很好地解決了b4c顆粒難以突破鋁合金板表面氧化膜阻礙的難題，成功將b4c顆粒比較均勻地導(dǎo)入到al基熔覆層中，在鋁合金板表面形成b4c顆粒增強(qiáng)al基復(fù)合熔覆層，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)輕量化和耐磨損雙重優(yōu)越性能，b4c顆粒增強(qiáng)al基復(fù)合熔覆層與鋁合金基板之間、熔覆層中的b4c顆粒與al基體之間的結(jié)合均良好，無(wú)明顯的氣孔、裂紋等缺陷；鋁合金板表面b4c顆粒增強(qiáng)al基復(fù)合熔覆層的耐磨損性能好，相同條件下的磨損量不足正火態(tài)45鋼的1/30，本發(fā)明通過(guò)采用mig堆焊+旁側(cè)注射送粉的復(fù)合熔覆技術(shù)，利用了鋁合金mig焊電弧的陰極破碎氧化膜機(jī)制和注射粉末分散原理，采用鋁合金焊絲和b4c顆粒作為熔覆材料，純氬氣作為保護(hù)氣和送粉氣，原材料價(jià)格便宜，與整體陶瓷增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料相比，所用b4c顆粒增強(qiáng)相只集中分布于結(jié)構(gòu)件表層，b4c顆粒用量大大減少，不影響鋁合金件的前序加工，無(wú)模具、刀具消耗，簡(jiǎn)化了零件制造工藝，降低了生產(chǎn)成本，與鋁合金板表面噴涂陶瓷涂層相比，孔隙率低，增強(qiáng)層厚度大，b4c顆粒與al基體形成冶金結(jié)合，而不是機(jī)械鑲嵌，所以結(jié)合強(qiáng)度高，磨損過(guò)程中不易脫落，采用mig焊電弧作為熱源，溫度較激光束、等離子弧等熱源的溫度低，不會(huì)導(dǎo)致b4c顆粒熔解，mig焊電弧的陰極破碎氧化膜能力強(qiáng)，鋁合金板表面無(wú)需

嚴(yán)格的前期清理，生產(chǎn)效率高，對(duì)環(huán)境影響小，可通過(guò)調(diào)節(jié)mig焊參數(shù)、送粉速度和粉-絲耦合角度來(lái)控制涂層尺寸、b4c顆粒含量及分布梯度，本發(fā)明具有制備設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需mig自動(dòng)焊機(jī)和送粉器裝置，易于自動(dòng)化、規(guī)?；a(chǎn)。

附圖說(shuō)明

23.圖1是本發(fā)明的原理圖。

24.圖中：1-自動(dòng)送絲機(jī)，2-保護(hù)氣，3-mig焊槍噴嘴，4-mig焊槍導(dǎo)電嘴，5-b4c顆粒增強(qiáng)al基復(fù)合熔覆層，6-鋁合金焊絲，7-送粉器，8-b4c顆粒注射噴嘴，9-熔池，10-鋁合金基板，11-mig焊機(jī)。

具體實(shí)施方式

25.下面進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但要求保護(hù)的范圍并不局限于所述。

26.如圖1所示，本發(fā)明提供了一種鋁合金板表面激光熔覆成型方法，鋁合金板表面激光熔覆成型方法，結(jié)合粉-絲復(fù)合熔覆的技術(shù)方案，其中b4c顆粒增強(qiáng)al基復(fù)合熔覆層5由鋁合金基體和b4c顆粒組成，利用熔化極惰性氣體保護(hù)焊-mig焊，向鋁合金板表面過(guò)渡鋁合金焊絲的同時(shí)，輔助旁側(cè)注射b4c顆粒融入al基熔覆層，即為在鋁合金板表面制備b4c顆粒增強(qiáng)al基復(fù)合熔覆層5。

27.其中熔覆層中的b4c顆粒非均勻分布；表層的b4c顆粒覆蓋率在30％～40％，自表面沿深度方向的含量逐漸減小。

28.所述的鋁合金板表面激光熔覆成型方法厚度為2～3mm。

29.所述的b4c顆粒尺寸為120目；熔覆層al基體用鋁合金絲材為直徑1.2mm的er5356焊絲，用到的鋁合金基板材料牌號(hào)為6052、2a16、zl101。

30.鋁合金板表面激光熔覆成型方法的制備方法，

31.該熔覆層的制備步驟如下：

32.(1)將b4c顆粒-粉末單獨(dú)置于送粉器中，鋁合金焊絲固定在自動(dòng)送絲機(jī)上，并將送粉噴嘴與熔化極惰性氣體保護(hù)焊-mig焊槍復(fù)合，調(diào)節(jié)焊槍高度和送粉噴嘴角度送絲和送粉，耦合點(diǎn)落在鋁合金基板上；

33.(2)采用純度為99.99％的高純氬氣作為保護(hù)氣和送粉氣，調(diào)節(jié)鋁合金mig焊參數(shù)和注射送粉參數(shù)；

34.(3)在鋁合金板表面啟動(dòng)mig焊的同時(shí)，開(kāi)啟旁側(cè)注射送粉，使b4c顆粒注入熔化后的鋁合金焊絲中。

35.所述mig焊的電流為60～100a單脈沖直流，電壓為15～20v，保護(hù)氣流量為12～15l/min；b4c送粉速度1～2g/min，送粉氣流量2～3l/min；熔覆速度300～400mm/min。

36.鋁合金板表面激光熔覆成型方法5的制備方法和步驟如下：

37.1.預(yù)備工作：

38.將b4c顆粒裝入送粉器7中，鋁合金焊絲6固定在自動(dòng)送絲機(jī)1上，并保持送絲、送粉通暢；用砂紙打磨去除鋁合金基板10表面的氧化皮及油污，用毛刷清理表面灰塵，將鋁合金基板10裝夾在載物臺(tái)上；將mig焊機(jī)11的負(fù)電極線纜與載物臺(tái)夾持牢固，將mig焊槍噴嘴3和b4c顆粒注射噴嘴8同時(shí)固定于可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行走的機(jī)構(gòu)上，例如可編程機(jī)床。

39.2.mig焊工藝參數(shù)調(diào)試：

40.保證mig焊槍噴嘴3垂直于鋁合金基板10，mig焊槍噴嘴3到鋁合金基板10的距離10～15mm，根據(jù)鋁合金基板10的厚度調(diào)試電流、電壓、熔覆速度等工藝參數(shù)，以形成厚度小于2mm的扁平鋁合金堆焊層為宜。

41.3.送粉工藝參數(shù)調(diào)試：

42.b4c顆粒注射噴嘴8孔徑為1.6mm，調(diào)節(jié)b4c顆粒注射噴嘴8與鋁合金基板10的夾角，以70

°

～100

°

為宜，且應(yīng)迎坡送粉，即送粉方向與熔敷方向相反，保證b4c顆粒注入熔池9中心，且避免與伸出mig焊槍導(dǎo)電嘴4的焊絲6干涉，送粉氣流量2～3l/min，b4c顆粒的送粉速度1～2g/min。

43.4.粉-絲復(fù)合熔覆：

44.打開(kāi)保護(hù)氣2和送粉氣的閥門(mén)，啟動(dòng)mig焊機(jī)11和送粉器7的電源，打開(kāi)送粉器7的開(kāi)關(guān)送粉，啟動(dòng)mig焊機(jī)11的起弧開(kāi)關(guān)起弧并送絲，運(yùn)行自動(dòng)行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行粉-絲復(fù)合熔覆，熔覆速度參考同種規(guī)格鋁合金mig焊速度，熔覆功率比同種規(guī)格鋁合金板表面mig堆焊高100～200w，保持熔覆層厚度為2～3mm。優(yōu)選所用mig焊機(jī)為froniustps4000，熔覆電流為單脈沖直流。技術(shù)特征：

1.一種鋁合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：包括以下步驟：(1)將b4c顆粒單獨(dú)置于送粉器中，鋁合金焊絲固定在自動(dòng)送絲機(jī)上，并將送粉噴嘴與熔化極惰性氣體保護(hù)焊-mig焊槍復(fù)合，調(diào)節(jié)焊槍高度和送粉噴嘴角度送絲和送粉，耦合點(diǎn)落在鋁合金基板上；(2)采用純度為99.99％的高純氬氣作為保護(hù)氣和送粉氣，調(diào)節(jié)鋁合金mig焊參數(shù)和注射送粉參數(shù)；(3)在鋁合金板表面啟動(dòng)mig焊的同時(shí)，開(kāi)啟旁側(cè)注射送粉，使b4c顆粒注入鋁合金熔池中。2.如權(quán)利要求5所述的鋁合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：所述mig焊的電流為60～100a單脈沖直流，電壓為15～20v，保護(hù)氣流量為12～15l/min；b4c送粉速度1～2g/min，送粉氣流量2～3l/min；熔覆速度300～400mm/min。3.如權(quán)利要求1所述的鋁合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：包括其中b4c顆粒增強(qiáng)al基復(fù)合熔覆層由鋁合金基體和b4c增強(qiáng)顆粒組成，利用熔化極惰性氣體保護(hù)焊-mig焊，向鋁合金板表面過(guò)渡鋁合金焊絲的同時(shí)，輔助旁側(cè)注射b4c顆粒融入al基熔覆層，即為在鋁合金板表面制備b4c顆粒增強(qiáng)al基復(fù)合熔覆層。4.如權(quán)利要求1所述的鋁合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：其中熔覆層中的b4c顆粒非均勻分布；表層的b4c顆粒覆蓋率在30％～40％，自表面沿深度方向的含量逐漸減小。5.如權(quán)利要求1所述的鋁合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：所述的鋁合金板表面激光熔覆成型方法厚度為2～3mm。6.如權(quán)利要求1所述的鋁合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：所述的b4c顆粒尺寸為120目。7.如權(quán)利要求1所述的鋁合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：所述熔覆層al基體用鋁合金絲材為直徑1.2mm的er5356焊絲。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供一種鋁合金板表面激光熔覆成型方法，克服了傳統(tǒng)技術(shù)難以破除鋁及其合金表面快速生成的致密氧化膜，解決B4C顆粒質(zhì)量輕不易送粉且與鋁合金熔液潤(rùn)濕差，將B4C顆粒有效導(dǎo)入鋁合金表層并形成冶金結(jié)合良好的Al基復(fù)合熔覆層的問(wèn)題。結(jié)合粉-絲復(fù)合熔覆的技術(shù)方案，利用熔化極惰性氣體保護(hù)焊MIG焊，向鋁合金板表面過(guò)渡鋁合金焊絲的同時(shí)，輔助旁側(cè)注射B4C顆粒融入Al基熔覆層，即為在鋁合金板表面制備B4C顆粒增強(qiáng)Al基復(fù)合熔覆層。本發(fā)明的B4C顆粒增強(qiáng)Al基復(fù)合熔覆層與鋁合金基板之間、熔覆層中的B4C顆粒與Al基體之間的結(jié)合均良好，無(wú)明顯的氣孔、裂紋等缺陷；鋁合金板表面激光熔覆成型方法的耐磨性能高于45鋼。熔覆成型方法的耐磨性能高于45鋼。熔覆成型方法的耐磨性能高于45鋼。

技術(shù)研發(fā)人員：李果

受保護(hù)的技術(shù)使用者：貴州錦程鋁業(yè)科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2020.10.19

技術(shù)公布日：2022/4/22