1.本发明涉及焊接技术领域，特别是指一种
铝合金板表面激光熔覆成型方法。
背景技术：
2.铝合金质量轻、比强度高、耐大气腐蚀、无低温脆性、非磁性、易加工成形，广泛应用于航空航天、汽车机械、电子工业以及国防军工等领域，但其耐磨损、抗冲蚀性能差，限制了其在钻探采掘(如铝合金钻杆)、高速列车、轻质装甲等领域的应用范围。为了解决铝基材料这一性能短板，近年来铝基
复合材料，特别是陶瓷增强铝基复合材料，得到了广泛的研究。
3.碳化硼(b4c)陶瓷是已知最坚硬的三大材料之一，其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，且密度低(2.52g/cm3)、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好，特别是其具有优良的中子捕获能力，且易于制造，价格比后两种超硬材料低廉，在耐磨材料，尤其在轻质装甲、核反应堆中子吸收剂等方面应用广泛。但大块的b4c脆性大，很难单独作为结构材料使用。b4c颗粒增强铝基复合材料很好地满足了轻量化和耐磨损双重要求。目前，b4c颗粒增强铝基复合材料主要采用铸造、
粉末冶金等工艺方法制备。由于b4c硬度高，对工、模具伤害大，一次成型后很难再进行后续加工，限制了b4c颗粒增强铝基复合材料的应用。而b4c颗粒增强al基复合熔覆层制备，作为最后一道工序，不影响铝合金前序加工成形，既能满足使用性能需要，又能解决工艺性能要求。
4.与整体b4c颗粒增强铝基复合材料相比，b4c颗粒增强al基复合熔覆层不影响常规铝合金结构件的制造及基体性能，且表面强化效果更好、成本更低、制备过程更简单，因此我们致力于在铝合金板表面制备b4c颗粒增强铝基复合涂层。
5.由于铝及其合金表面有一层致密的氧化膜，传统方法很难将陶瓷颗粒导入铝合金表层并形成冶金结合，采用喷涂技术导入到金属表面的陶瓷颗粒只能形成机械镶嵌，结合强度低，使用过程中容易脱落。国内外采用铸造、粉末冶金等方法整体制备陶瓷颗粒增强铝基复合材料的报道较多，但到目前，在铝合金板表面制备陶瓷增强al基复合熔覆层的工作尚较为少见。
6.中国发明专利公开号为cn101733560a，公开日为2010.06.16，发明创造名称为“一种送丝送粉复合激光熔覆成形方法及装置”，专利报道了一种适合激光作为热源的丝-粉复合熔覆成形方法，但只适用于fe基涂层的制备，不能调节送粉角度。
7.中国发明专利公开号为cn101722346a，公开日为2010.06.09，发明创造名称为“c02气体保护-喷射送粉复合堆焊工艺”，专利也报道了一种粉-丝复合表面堆焊的工艺，其采用的是与焊丝同轴送粉的方式，不能调节送粉角度，也只适用于fe基涂层的制备。
8.中国发明专利公开号为cn103273170a，公开日为2013.09.04，发明创造名称为“一种陶瓷增强铁基耐磨复合涂层的堆焊方法”，专利所报道的陶瓷增强铁基耐磨复合涂层，即采用的是“c02气体保护-喷射送粉复合堆焊工艺”，同样只适用于fe基复合涂层的制备。
9.并且，激光、等离子等高能束热源温度太高，可将导入的陶瓷颗粒直接熔解；此外，
目前的堆焊、熔覆手段，无法破除铝合金板表面致密的氧化膜而有效导入陶瓷增强颗粒。从文献检索知，目前国内外尚未见到有利用粉-丝复合熔覆技术在铝合金板表面制备b4c颗粒增强al基复合涂层的报道。
技术实现要素：
10.为解决上述技术问题，本发明提供了一种铝合金板表面激光熔覆成型方法。
11.本发明通过以下技术方案得以实现。
12.本发明提供了一种铝合金板表面激光熔覆成型方法，包括以下步骤：
13.(1)将b4c颗粒单独置于送粉器中，铝合金焊丝固定在自动送丝机上，并将送粉喷嘴与熔化极惰性气体保护焊-mig焊枪复合，调节焊枪高度和送粉喷嘴角度送丝和送粉，耦合点落在铝合金基板上；
14.(2)采用纯度为99.99％的高纯氩气作为保护气和送粉气，调节铝合金mig焊参数和注射送粉参数；
15.(3)在铝合金板表面启动mig焊的同时，开启旁侧注射送粉，使b4c颗粒注入铝合金熔池中。
16.所述mig焊的电流为60～100a单脉冲直流，电压为15～20v，保护气流量为12～15l/min；b4c送粉速度1～2g/min，送粉气流量2～3l/min；熔覆速度300～400mm/min。
17.包括其中b4c颗粒增强al基复合熔覆层由铝合金基体和b4c增强颗粒组成，利用熔化极惰性气体保护焊-mig焊，向铝合金板表面过渡铝合金焊丝的同时，辅助旁侧注射b4c颗粒融入al基熔覆层，即为在铝合金板表面制备b4c颗粒增强al基复合熔覆层。
18.其中熔覆层中的b4c颗粒非均匀分布；表层的b4c颗粒覆盖率在30％～40％，自表面沿深度方向的含量逐渐减小。
19.所述的铝合金板表面激光熔覆成型方法厚度为2～3mm。
20.所述的b4c颗粒尺寸为120目。
21.所述熔覆层al基体用铝合金丝材为直径1.2mm的er5356焊丝。
22.本发明的有益效果在于：采用本发明的技术方案，将铝合金mig焊与注射熔覆技术相结合，很好地解决了b4c颗粒难以突破铝合金板表面氧化膜阻碍的难题，成功将b4c颗粒比较均匀地导入到al基熔覆层中，在铝合金板表面形成b4c颗粒增强al基复合熔覆层，实现了结构轻量化和耐磨损双重优越性能，b4c颗粒增强al基复合熔覆层与铝合金基板之间、熔覆层中的b4c颗粒与al基体之间的结合均良好，无明显的气孔、裂纹等缺陷；铝合金板表面b4c颗粒增强al基复合熔覆层的耐磨损性能好，相同条件下的磨损量不足正火态45钢的1/30，本发明通过采用mig堆焊+旁侧注射送粉的复合熔覆技术，利用了铝合金mig焊电弧的阴极破碎氧化膜机制和注射粉末分散原理，采用铝合金焊丝和b4c颗粒作为熔覆材料，纯氩气作为保护气和送粉气，原材料价格便宜，与整体陶瓷增强铝合金复合材料相比，所用b4c颗粒增强相只集中分布于结构件表层，b4c颗粒用量大大减少，不影响铝合金件的前序加工，无模具、刀具消耗，简化了零件制造工艺，降低了生产成本，与铝合金板表面喷涂陶瓷涂层相比，孔隙率低，增强层厚度大，b4c颗粒与al基体形成冶金结合，而不是机械镶嵌，所以结合强度高，磨损过程中不易脱落，采用mig焊电弧作为热源，温度较激光束、等离子弧等热源的温度低，不会导致b4c颗粒熔解，mig焊电弧的阴极破碎氧化膜能力强，铝合金板表面无需
严格的前期清理，生产效率高，对环境影响小，可通过调节mig焊参数、送粉速度和粉-丝耦合角度来控制涂层尺寸、b4c颗粒含量及分布梯度，本发明具有制备设备结构简单，只需mig自动焊机和送粉器装置，易于自动化、规模化生产。
附图说明
23.图1是本发明的原理图。
24.图中：1-自动送丝机，2-保护气，3-mig焊枪喷嘴，4-mig焊枪导电嘴，5-b4c颗粒增强al基复合熔覆层，6-铝合金焊丝，7-送粉器，8-b4c颗粒注射喷嘴，9-熔池，10-铝合金基板，11-mig焊机。
具体实施方式
25.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
26.如图1所示，本发明提供了一种铝合金板表面激光熔覆成型方法，铝合金板表面激光熔覆成型方法，结合粉-丝复合熔覆的技术方案，其中b4c颗粒增强al基复合熔覆层5由铝合金基体和b4c颗粒组成，利用熔化极惰性气体保护焊-mig焊，向铝合金板表面过渡铝合金焊丝的同时，辅助旁侧注射b4c颗粒融入al基熔覆层，即为在铝合金板表面制备b4c颗粒增强al基复合熔覆层5。
27.其中熔覆层中的b4c颗粒非均匀分布；表层的b4c颗粒覆盖率在30％～40％，自表面沿深度方向的含量逐渐减小。
28.所述的铝合金板表面激光熔覆成型方法厚度为2～3mm。
29.所述的b4c颗粒尺寸为120目；熔覆层al基体用铝合金丝材为直径1.2mm的er5356焊丝，用到的铝合金基板材料牌号为6052、2a16、zl101。
30.铝合金板表面激光熔覆成型方法的制备方法，
31.该熔覆层的制备步骤如下：
32.(1)将b4c颗粒-粉末单独置于送粉器中，铝合金焊丝固定在自动送丝机上，并将送粉喷嘴与熔化极惰性气体保护焊-mig焊枪复合，调节焊枪高度和送粉喷嘴角度送丝和送粉，耦合点落在铝合金基板上；
33.(2)采用纯度为99.99％的高纯氩气作为保护气和送粉气，调节铝合金mig焊参数和注射送粉参数；
34.(3)在铝合金板表面启动mig焊的同时，开启旁侧注射送粉，使b4c颗粒注入熔化后的铝合金焊丝中。
35.所述mig焊的电流为60～100a单脉冲直流，电压为15～20v，保护气流量为12～15l/min；b4c送粉速度1～2g/min，送粉气流量2～3l/min；熔覆速度300～400mm/min。
36.铝合金板表面激光熔覆成型方法5的制备方法和步骤如下：
37.1.预备工作：
38.将b4c颗粒装入送粉器7中，铝合金焊丝6固定在自动送丝机1上，并保持送丝、送粉通畅；用砂纸打磨去除铝合金基板10表面的氧化皮及油污，用毛刷清理表面灰尘，将铝合金基板10装夹在载物台上；将mig焊机11的负电极线缆与载物台夹持牢固，将mig焊枪喷嘴3和b4c颗粒注射喷嘴8同时固定于可实现自动行走的机构上，例如可编程机床。
39.2.mig焊工艺参数调试：
40.保证mig焊枪喷嘴3垂直于铝合金基板10，mig焊枪喷嘴3到铝合金基板10的距离10～15mm，根据铝合金基板10的厚度调试电流、电压、熔覆速度等工艺参数，以形成厚度小于2mm的扁平铝合金堆焊层为宜。
41.3.送粉工艺参数调试：
42.b4c颗粒注射喷嘴8孔径为1.6mm，调节b4c颗粒注射喷嘴8与铝合金基板10的夹角，以70
°
～100
°
为宜，且应迎坡送粉，即送粉方向与熔敷方向相反，保证b4c颗粒注入熔池9中心，且避免与伸出mig焊枪导电嘴4的焊丝6干涉，送粉气流量2～3l/min，b4c颗粒的送粉速度1～2g/min。
43.4.粉-丝复合熔覆：
44.打开保护气2和送粉气的阀门，启动mig焊机11和送粉器7的电源，打开送粉器7的开关送粉，启动mig焊机11的起弧开关起弧并送丝，运行自动行走机构进行粉-丝复合熔覆，熔覆速度参考同种规格铝合金mig焊速度，熔覆功率比同种规格铝合金板表面mig堆焊高100～200w，保持熔覆层厚度为2～3mm。优选所用mig焊机为froniustps4000，熔覆电流为单脉冲直流。技术特征：
1.一种铝合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将b4c颗粒单独置于送粉器中，铝合金焊丝固定在自动送丝机上，并将送粉喷嘴与熔化极惰性气体保护焊-mig焊枪复合，调节焊枪高度和送粉喷嘴角度送丝和送粉，耦合点落在铝合金基板上；(2)采用纯度为99.99％的高纯氩气作为保护气和送粉气，调节铝合金mig焊参数和注射送粉参数；(3)在铝合金板表面启动mig焊的同时，开启旁侧注射送粉，使b4c颗粒注入铝合金熔池中。2.如权利要求5所述的铝合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：所述mig焊的电流为60～100a单脉冲直流，电压为15～20v，保护气流量为12～15l/min；b4c送粉速度1～2g/min，送粉气流量2～3l/min；熔覆速度300～400mm/min。3.如权利要求1所述的铝合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：包括其中b4c颗粒增强al基复合熔覆层由铝合金基体和b4c增强颗粒组成，利用熔化极惰性气体保护焊-mig焊，向铝合金板表面过渡铝合金焊丝的同时，辅助旁侧注射b4c颗粒融入al基熔覆层，即为在铝合金板表面制备b4c颗粒增强al基复合熔覆层。4.如权利要求1所述的铝合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：其中熔覆层中的b4c颗粒非均匀分布；表层的b4c颗粒覆盖率在30％～40％，自表面沿深度方向的含量逐渐减小。5.如权利要求1所述的铝合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：所述的铝合金板表面激光熔覆成型方法厚度为2～3mm。6.如权利要求1所述的铝合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：所述的b4c颗粒尺寸为120目。7.如权利要求1所述的铝合金板表面激光熔覆成型方法，其特征在于：所述熔覆层al基体用铝合金丝材为直径1.2mm的er5356焊丝。
技术总结
本发明提供一种铝合金板表面激光熔覆成型方法，克服了传统技术难以破除铝及其合金表面快速生成的致密氧化膜，解决B4C颗粒质量轻不易送粉且与铝合金熔液润湿差，将B4C颗粒有效导入铝合金表层并形成冶金结合良好的Al基复合熔覆层的问题。结合粉-丝复合熔覆的技术方案，利用熔化极惰性气体保护焊MIG焊，向铝合金板表面过渡铝合金焊丝的同时，辅助旁侧注射B4C颗粒融入Al基熔覆层，即为在铝合金板表面制备B4C颗粒增强Al基复合熔覆层。本发明的B4C颗粒增强Al基复合熔覆层与铝合金基板之间、熔覆层中的B4C颗粒与Al基体之间的结合均良好，无明显的气孔、裂纹等缺陷；铝合金板表面激光熔覆成型方法的耐磨性能高于45钢。熔覆成型方法的耐磨性能高于45钢。熔覆成型方法的耐磨性能高于45钢。
技术研发人员：李果
受保护的技术使用者：贵州锦程铝业科技有限公司
技术研发日：2020.10.19
技术公布日：2022/4/22
声明：
“铝合金板表面激光熔覆成型方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：贵州锦程铝业科技有限公司
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2024年06月14日 ~ 16日 
