鋁基顆粒增強復合材料缺陷激光修復造技術

　　一、 研究背景

　　模具激光淬火修復設備的鋁基顆粒增強復合材料(AMC)是金屬基復合材料的一種，具有密度低、制備靈活、可熱處理等優點，成為金屬基復合材料研究和發展的主流，在航空航天、軍事、汽車、電子、體育等領域有著廣泛的應用。鋁基復合材料的顆粒增強相有SiC、TiC、Al2O3、TiB2等 。目前，熔鑄是制備AMC材料和構件常用的方法，然而，由于鋁合金粘度大、流動性差，鑄件產品經常出現點狀缺陷，而這些點狀缺陷大多數都是在零件快加工到尺寸的時候才被發現，嚴重影響產品質量和成品率。

　　目前，通常采用氬弧焊補焊來解決AMC的點狀缺陷，但氬弧焊存在熱影響區大、燒損嚴重、形變大、基體晶粒尺寸長大等嚴重問題。因此，AMC點狀缺陷的補焊成為影響該類產品質量的技術難題。

　　二、 技術方案

　　采用波長3kW半導體激光器(波長980nm)+機器人系統，鋁合金對半導體粉末激光的吸收率能達到90%以上，利用送粉裝置將粉末送到熔池，實施激光點狀補焊。

　　三、 修復層組織分析

　　3.1激光修復層的宏觀形貌

　　按照圖1所示的模具激光淬火修復設備切割方向對補焊層進行切樣分析，切割樣品的宏觀形貌見圖2所示。由表面和橫斷面形貌可以看出，激光補焊層出氣孔和裂紋等缺陷，補焊層表面光滑且呈金屬色，無氧化現象。

　　3.2激光修復層組織分析

　　圖3為基材組織，由圖3可以看出，基材為鋁基復合材料，白色部位為鋁基體，黑色部分為強化相，強化相團聚嚴重，呈網狀分布。

　　圖 4為激光補焊層組織，與基體相比，第二相分布更為均勻，消除了網狀第二相分布的組織。圖5為激光補焊層與基體界面的組織，標明基體和補焊層呈良好的冶金結合狀態。組織分析表面，補焊層無顯微裂紋和氣孔。

　　3.3 修復層顯微硬度分析

　　采用顯微硬度計測定了修復層的硬度，結果如表1所示。由表中可知，采用一次補焊和掃描補焊，補焊層硬度與基材相當，但采用兩次補焊后，補焊層硬度略低于基材。

　　表1補焊層顯微硬度測定工藝方式硬度數據(HV0.05)平均值(HV0.05)

　　一次補焊85.13195.80392.67691.203

　　兩次補焊74.00481.97568.47174.816

　　掃描補焊96.598109.53792.01399.382

　　基材硬度93.57799.74489.86494.395

　　3.4 結論

　　通過激光補焊工藝試驗，并補焊層組織和硬度測試進行分析，結果標明，模具激光淬火修復設備采用三種補焊工藝均能消除鋁基復合材料的缺陷，且一次點焊和連續掃描焊能獲得與基體組織和硬度相近的補焊層，對第二相無燒損，能較好地實現鋁基復合材料缺陷的修復。具有重要的工程應用價值。

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