武漢武鋼華工激光大型裝備有限公司  莫衡陽 熊大輝 蔡菲菲 王喜 王愛華 

　　一、研究背景

　　鋁基顆粒增強復(fù)合材料（AMC）是金屬基復(fù)合材料的一種，具有密度低、制備靈活、可熱處理等優(yōu)點，成為金屬基復(fù)合材料研究和發(fā)展的主流，在航空航天、軍事、汽車、電子、體育等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。鋁基復(fù)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(gòu)件常用的方法，然而，由于鋁合金粘度大、流動性差，鑄件產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)點狀缺陷，而這些點狀缺陷大多數(shù)都是在零件快加工到尺寸的時候才被發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)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(qū)大、燒損嚴(yán)重、形變大、基體晶粒尺寸長大等嚴(yán)重問題。因此，AMC點狀缺陷的補焊成為影響該類產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)難題。

　　二、技術(shù)方案

　　采用波長3kW半導(dǎo)體激光器（波長980nm）＋機器人系統(tǒng)，鋁合金對半導(dǎo)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(fù)層組織分析

　　3.1 激光修復(fù)層的宏觀形貌

圖1：AMC板修復(fù)層表面形貌

圖2：補焊層橫斷面形貌

　　按照圖1所示的切割方向?qū)ρa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(xiàn)象。

　　3.2 激光修復(fù)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(fù)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(yán)重，呈網(wǎng)狀分布。

圖3：鋁基復(fù)合材料基體組織

圖4：補焊層組織

圖5：補焊層與基體界面組織

　　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(wǎng)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(biāo)明基體和補焊層呈良好的冶金結(jié)合狀態(tài)。組織分析表面，補焊層無顯微裂紋和氣孔。

　　3.3 修復(fù)層顯微硬度分析

　　采用顯微硬度計測定了修復(fù)層的硬度，結(jié)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(dāng)，但采用兩次補焊后，補焊層硬度略低于基材。

　　3.4 結(jié)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(jié)果標(biāo)明，采用三種補焊工藝均能消除鋁基復(fù)合材料的缺陷，且一次點焊和連續(xù)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(xiàn)鋁基復(fù)合材料缺陷的修復(fù)。具有重要的工程應(yīng)用價值。