关键词：
典型铝合金
激光表面重熔
微观组织
耐磨性
耐腐蚀性
摘要：
铝合金具有高比强度、良好的延展性以及可加工性,因此被广泛运用于航空航天、船舶、汽车等领域。但在实际使用过程中,由于铝合金构件的表面硬度低、耐磨性差以及抗蚀能力不足而易发生损坏失效。为进一步提升铝合金表面性能,本研究中选择了三种典型铝合金（1050商业纯铝、A356和A319）作为研究对象,利用Nd:YAG脉冲激光对其表面进行激光处理,并综合运用多种表征手段对激光改性层的微观组织相关特征进行细致表征。此外,对激光改性层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性进行测量,并将微观组织变化和性能变化进行关联分析,相关研究结论如下:（1）采用两种激光扫描速度对1050商业纯铝进行激光表面重熔处理,收获态材料具有典型的再结晶组织,由尺寸较均匀的近等轴晶和亚微米尺度的第二相颗粒共同组成。经过2 mm/s和8 mm/s的激光重熔加工后,样品表层均出现以柱状晶为主要组织特征（晶内存在纳米级析出相）的重熔层,且明显较基体组织粗大。结合XRD和EDS结果确定收获态组织和激光重熔组织中的第二相颗粒均为α-（AlFeSi）相,但激光重熔使这些第二相得到极大细化。对比发现,扫描速度从2 mm/s升至8 mm/s后,重熔层的深度明显降低,其内部柱状晶的平均宽度也从38.0±4.3μm降至33.9±2.0μm。与此同时,晶内析出相也得到显著细化,而其面密度则大幅增加。晶体学织构分析显示,激光表面重熔未改变1050商业纯铝的主要织构特征,即仍以{100}<001>立方织构为主,但织构强度有明显增加（经2 mm/s激光处理后织构强度可从初始的5.2增至17.3）,而增加扫描速度可减弱织构强度的增幅。硬度与磨损测试显示,激光重熔处理后样品表面硬度和耐磨性有轻微下降,分析表明这主要是重熔区中形成的相对粗大的柱状晶导致的,而增加扫描速度后,随着组织的细化,硬度和耐磨性降幅减小。此外,腐蚀结果表明样品表面腐蚀倾向略微降低,但腐蚀速率相对基体分别降低61.0%和86.1%,主要归因于LSR可使1050商业纯铝同时获得细小弥散的析出相和更强的立方织构,提高铝合金的抗点腐蚀性。（2）采用两种激光扫描速度对A356铸造铝合金进行了激光表面重熔,对其表层微观组织进行了细致表征,并将它们与表面耐磨/耐腐蚀性能进行了关联分析。研究发现,A356合金的初始组织由较粗大的α-Al枝晶及枝晶间Al-Si共晶组织共同组成,而经过2 mm/s和8 mm/s的LSR之后,α-Al和Al-Si共晶均发生了显著细化,且组织均匀性均获得大幅提升。硬度及磨损性能测试结果表明,2 mm/s样品的表面硬度和磨损率分别为71.6±0.6 HV和1.1×10 mm·N·m,而8 mm/s样品的表面硬度与磨损率分别67.2±1.1 HV和1.7×10 mm·N·m,相比于基体(55.3±0.5 HV和2.8×10 mm·N·m)都有明显提升。电化学测试结果表明,2 mm/s样品自腐蚀电位和电流分别为-0.82 V和9.5×10μA,8 mm/s样品自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.89 V和1.8×10μA。通过和基体自腐蚀电位和电流(-0.95 V和4.3×10μA)的对比可知,LSR后样品的耐腐蚀性得到明显的改善。结合微观组织特征的分析表明,LSR可使A356合金表面耐磨及耐腐蚀性能均得到改善,可主要归因于重熔层组织均匀化,Si元素在α-Al中的固溶量增大以及Al-Si共晶的细化与再分布。（3）采用两种激光扫描速度对A319铸造铝合金进行了激光表面重熔,对其表层微观组织进行了细致表征,并将它们与表面耐磨/耐腐蚀性能进行了关联分析。研究发现,A319合金的初始组织由较粗大的Al（Cu,Fe,Mn）相、Si相以及α-Al共同组成,而经过2 mm/s和8 mm/s的LSR之后,RZ中Al（Cu,Fe,Mn）相、Si相均发生了显著细化,且组织均匀性均获得大幅提升。硬度及磨损性能测试结果表明,2 mm/s样品的表面硬度和磨损率分别为122.2±4.7 HV和0.9×10 mm·N·m,而8 mm/s样品的表面硬度与磨损率分别115.3±3.4 HV和0.6×10 mm·N·m,相比于基体(85.6±1.6 HV和1.3×10 mm·N·m)都有明显提升。电化学测试结果表明,2 mm/s样品自腐蚀电位和电流分别为-0.46 V和1.73×10μA,8 mm/s样品自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.45 V和1.23×10μA。通过和基体自腐蚀电位和电流(-0.49 V和3.12×10μA)的对比可知,LSR后样品的耐腐蚀性得到明显的改善。结合微观组织特征的分析表明,LSR可使A319合金表面耐磨及耐腐蚀性能均得到改善,可主要归因于重熔层组织均匀化,Si元素在α-Al中的固溶量增大以及第二相细化与再分布。
