鎂合金是最輕的金屬結構材料之一 , 在航空航天、汽車制造和電子等領域具有廣闊的應用前景, 但是 , 鎂合金較差的耐蝕、 耐磨性能阻礙了其在應用中發揮優勢 。要想通過冶煉, 提高材料整體的耐蝕、 耐磨性能是相當困難的 , 價格昂貴且難以實現。由于腐蝕與磨損是材料的表面行為 , 因此進行適當的表面處理 , 改善材料的表面性能是解決鎂合金腐蝕和磨損問題最直接有效的方法。目前，鎂合金所采用的表面改性措施主要有化學轉化處理、 陽極氧化處理、 微弧氧化、 激光表面處理、化學鍍及電鍍等。激光表面處理一直受到人們的重視 , 具有非接觸加工、能源清潔、對基體熱影響小、 便于準確定位和自動控制等特點 。激光表面熔凝、合金化、復合強化、合金化+復合強化、熔敷和多層熔敷 , 這幾種技術在提高鎂合金耐蝕、耐磨性方面已取得了一定的成果。

激光表面熔凝

激光表面熔凝, 是用高能激光束輻照金屬表面 , 使一定厚度的表層材料瞬間熔化 , 之后依靠處于低溫的基體 , 將熔池急冷從而改善材料表面性能的方法。這種處理方法可使材料表面組織發生較大變化 , 包括晶粒細化、第 2 相的重新分布、 提高基相中合金及雜質元素的固溶度等 , 這些因素可使鎂合金的耐蝕、 耐磨性能得到提高。

ABBAS 對AZ31, AZ61 和 WE43 鎂合金進行了激光表面熔凝處理 , 為減少處理過程中材料的氧化和蒸發 , 采用氬氣對激光熔池進行保護。 ABBAS 等人 采用高功率二極管激光研究了激光表面熔凝對AZ31 和 AZ61 鎂合金耐磨性的影響 , 改性層厚約 1mm,改性層內是均勻細密的樹枝晶 , 晶粒尺寸不足 5 μ m, 比處理前約減小一個數量級 , 改性層的顯微硬度約提高 2倍 , 耐磨性有了顯著提高。 ABBAS 等人 采用連續CO 2 激光對 AZ31,AZ61 和 WE43 鎂合金表面進行熔凝處理 , 改性層厚約 1mm, 改性層內晶粒尺寸約減小一個數量級 , α基相內合金及雜質元素的固溶度增加 ,β相的分布更加均勻、 細密、 連續。腐蝕試驗表明 , 激光熔凝處理使 AZ31, AZ61 和 WE43 的腐蝕失重分別減小了30%,66% 和 87%, 材料的耐蝕性有了較大提高。MAJUMDARA 等 采用CO 2 連續激光對 MEZ 鎂合金表面進行熔凝處理 , 采用氬氣對激光熔池進行保護。激光處理后的改性層與基體結合良好 , 沒有裂紋、氣孔等缺陷 , 基體內沒有明顯的熱影響區 , 改性層內是細密的柱狀晶 , 晶粒尺寸比處理前約減小一個數量級 ,第 2 相沿晶界分布 , 更加細密、 均勻 , 改性層顯微硬度提高了 2 倍 ～ 3 倍。

腐蝕試驗表明 , 腐蝕速率約降低45 倍 , 激光熔凝處理使材料的耐蝕、 耐磨性能都有了顯著提高。研究表明 , 改性層的厚度與激光功率成正比 , 與掃描速度成反比 , 當激光功率過大或掃描速度過低時 , 雖然改性層厚度增加 , 但改性層內的晶粒尺寸也會有所增加 , 同時表面材料蒸發嚴重 , 容易造成表面不平、 改性層內出現氣孔等缺陷。因此 , 為得到一定厚度且性能良好的改性層 , 應對工藝參數進行優化。

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