技术

武汉武钢华工激光大型装备有限公司  莫衡阳 熊大辉 蔡菲菲 王喜 王爱华 

　　一、研究背景

　　铝基颗粒增强复合材料（AMC）是金属基复合材料的一种，具有密度低、制备灵活、可热处理等优点，成为金属基复合材料研究和发展的主流，在航空航天、军事、汽车、电子、体育等领域有着广泛的应用。铝基复合材料的颗粒增强相有SiC、TiC、Al2O3、TiB2等 。目前，熔铸是制备AMC材料和构件常用的方法，然而，由于铝合金粘度大、流动性差，铸件产品经常出现点状缺陷，而这些点状缺陷大多数都是在零件快加工到尺寸的时候才被发现，严重影响产品质量和成品率。

　　目前，通常采用氩弧焊补焊来解决AMC的点状缺陷，但氩弧焊存在热影响区大、烧损严重、形变大、基体晶粒尺寸长大等严重问题。因此，AMC点状缺陷的补焊成为影响该类产品质量的技术难题。

　　二、技术方案

　　采用波长3kW半导体激光器（波长980nm）＋机器人系统，铝合金对半导体粉末激光的吸收率能达到90%以上，利用送粉装置将粉末送到熔池，实施激光点状补焊。

　　三、修复层组织分析

　　3.1 激光修复层的宏观形貌

图1：AMC板修复层表面形貌

图2：补焊层横断面形貌

　　按照图1所示的切割方向对补焊层进行切样分析，切割样品的宏观形貌见图2所示。由表面和横断面形貌可以看出，激光补焊层出气孔和裂纹等缺陷，补焊层表面光滑且呈金属色，无氧化现象。

　　3.2 激光修复层组织分析

　　图3为基材组织，由图3可以看出，基材为铝基复合材料，白色部位为铝基体，黑色部分为强化相，强化相团聚严重，呈网状分布。

图3：铝基复合材料基体组织

图4：补焊层组织

图5：补焊层与基体界面组织

　　图4为激光补焊层组织，与基体相比，第二相分布更为均匀，消除了网状第二相分布的组织。图5为激光补焊层与基体界面的组织，标明基体和补焊层呈良好的冶金结合状态。组织分析表面，补焊层无显微裂纹和气孔。

　　3.3 修复层显微硬度分析

　　采用显微硬度计测定了修复层的硬度，结果如表1所示。由表中可知，采用一次补焊和扫描补焊，补焊层硬度与基材相当，但采用两次补焊后，补焊层硬度略低于基材。

　　3.4 结论

　　通过激光补焊工艺试验，并补焊层组织和硬度测试进行分析，结果标明，采用三种补焊工艺均能消除铝基复合材料的缺陷，且一次点焊和连续扫描焊能获得与基体组织和硬度相近的补焊层，对第二相无烧损，能较好地实现铝基复合材料缺陷的修复。具有重要的工程应用价值。