降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法

1.本技术涉及激光熔覆技术领域，具体而言，涉及一种降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法。


背景技术：

2.铝材(包括纯铝和铝合金材料)由于具备较高的比强度、较高的比刚度、较好的塑性以及易切削加工等性能优势，在航空航天、轨道交通、汽车、船舶、化工等领域应用广泛。然而，铝材也存在一定的缺陷，其耐磨性能、耐蚀性能和耐高温性能相对较差，因此，需要对铝材进行表面改性，以提高铝材的耐磨性能、耐蚀性能和耐高温性能。
3.现有技术中，通常采用电镀、喷涂等技术在铝材的表面形成涂层，以对铝材的表面进行改性。但是，上述方式常常导致涂层与铝材表面的结合强度不高，且涂层的致密性较差，导致铝材的耐磨性能、耐蚀性能和耐高温性能的提升存在瓶颈。
4.激光熔覆作为先进的表面处理技术之一，通过在基体表面施加熔覆材料，并利用高能量密度的激光束熔化熔覆材料，使得熔覆层和基体发生冶金结合。采用激光熔覆技术可以明显地改善基体表面形成的涂层地质量，以提升构件的服役寿命。
5.镍及镍基合金具有较高的硬度、良好的耐蚀性和良好的耐高温性能，因此在铝材表面激光熔覆形成镍基涂层，有助于提高铝材的硬度、耐磨性能、耐蚀性能以及耐高温性能。然而，在铝材表面形成镍基熔覆层时，铝和镍两种元素容易混合形成大量脆性的金属间化合物相，使得镍基熔覆层内部会出现较多的裂纹，严重降低镍基熔覆层的服役性能，甚至会导致镍基熔覆层在熔覆后直接剥落，无法实现有效赋予铝材较高的耐磨性、硬度、耐蚀性以及耐高温性。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，其旨在降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷。
7.本技术提供一种降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，该方法包括：采用激光熔覆的方法，在铝质基体的表面上形成过渡层，然后在过渡层的表面形成镍基熔覆层。其中，铝质基体的表面粗糙度ra为1-3μm；形成过渡层采用第一原料，第一原料包括银粉和铜粉，且银粉和铜粉在第一原料中的质量占比分别为25-30％以及70-75％；形成镍基熔覆层采用第二原料，第二原料包括镍粉或/和镍基合金粉。
8.在铝质基体表面激光熔覆形成过渡层时，铝质基体的表面粗糙度ra为1-3μm，可以有效减少铝质基体对激光的反射率，提高铝质基体对激光能量的利用率，有助于铝质基体的表面快速形成熔池，进而有利于使得第一原料快速熔化；此外，铝质基体的表面粗糙度ra为1-3μm，也有利于熔化后的第一原料在铝质基体的表面更好地润湿铺展。第一原料包括25-30wt％的银粉和70-75wt％的铜粉，可有效降低第一原料的熔点，有利于熔化后的第一原料可较长时间保持液态，可提高熔化后的第一原料的流动性，有助于熔化后的第一原料
在铝质基体的表面更好地润湿铺展，提高过渡层的熔覆成形效果，提高过渡层的致密度，降低过渡层内的缺陷，提高过渡层与铝质基体间的结合强度。
9.此外，第一原料包括25-30wt％的银粉和70-75wt％的铜粉，也可以有效降低过渡层的熔点，当形成镍基熔覆层时，可使得过渡层的表面快速形成熔池，有利于第二原料快速熔化，也有利于熔化后的、粘度较大的第二原料在过渡层上更好地润湿铺展，可提高镍基熔覆层的成形效果，提高镍基熔覆层的致密度，降低镍基熔覆层内的缺陷；也可减少过渡层与镍基熔覆层的界面处的金属间化合物相的形成，可有效降低过渡层与镍基熔覆层的界面处的裂纹缺陷。此外，在形成镍基熔覆层时，由于镍元素与银元素以及镍元素与铜元素间均是形成固溶体而非脆硬的金属间化合物相，也可从根本上有效抑制脆性相的产生，极大地降低了镍基熔覆层中裂纹的形成条件，进而可实现有效降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷，可提高镍基熔覆层与过渡层间的结合强度，实现有效赋予铝质基体较高的耐磨性、硬度、耐蚀性以及耐高温性。
10.在本技术可选的实施方式中，铝质基体的表面粗糙度ra为1.2-1.7μm。
11.上述技术方案，有利于进一步减少铝质基体对激光的反射率，以进一步提高铝质基体对激光能量的利用率，进而使得铝质基体的表面快速形成熔池；也有利于进一步使得熔化后的第一原料在铝质基体的表面快速润湿铺展，以进一步提高过渡层的熔覆成形效果。
12.在本技术可选的实施方式中，铝质基体的制备方法包括：使用近红外光激光束对铝材的表面进行往复扫描；其中，往复扫描时，近红外光激光束的激光功率为10-40w，往复扫描的频率为20-100hz。
13.上述技术方案，可使得铝质基体的粗糙度较高，使得铝质基体表面具有“微观纹理织构”结构，可以有效减少铝质基体对激光的反射率，提高铝质基体对激光能量的利用率，有助于铝质基体的表面快速形成熔池，进而有利于使得第一原料快速熔化；也有利于熔化后的第一原料在铝质基体的表面更好地润湿铺展，提高过渡层的熔覆成形效果。
14.在本技术可选的实施方式中，往复扫描时，近红外光激光束的焦点位于铝材的表面；且焦点处，近红外光激光束的光斑为圆形光斑，光斑的直径为0.01-0.05mm。
15.上述技术方案，可有效改变铝材表面的粗糙度，以制备得到表面粗糙度较高的铝质基体。
16.在本技术可选的实施方式中，形成过渡层和镍基熔覆层时使用的激光束均为近红外光激光束；且形成过渡层和镍基熔覆层时，近红外光激光束的激光功率各自独立地为1.5-4.5kw。
17.在上述技术方案中，形成过渡层时，近红外光激光束的激光功率为1.5-4.5kw，可使得铝质基体的表面快速熔化形成熔池，也有助于快速扩大熔池，以使得更多的第一原料快速熔化，且使得熔化后的第一原料较长时间保持液体，提高熔化后的第一原料的流动性，可提高过渡层的熔覆成形效果；形成镍基熔覆层时，近红外光激光束的激光功率为1.5-4.5kw，可使得过渡层的表面快速熔化形成熔池，也有助于快速扩大熔池，以使得更多的第二原料快速熔化，且使得熔化后的第二原料较长时间保持液体，提高熔化后的、粘度较大的第二原料的流动性，提高镍基熔覆层的成形效果。
18.在本技术可选的实施方式中，形成过渡层和镍基熔覆层的过程中，近红外光激光
束相对于铝质基体的扫描速率各自独立地为1-10m/min。
19.上述技术方案，有助于进一步提高过渡层和镍基熔覆层的熔覆成形效果。
20.在本技术可选的实施方式中，采用送粉器转移第一原料和第二原料；且转移第一原料和第二原料时，送粉器的转速各自独立地为0.5-3r/min。
21.上述技术方案，有助于进一步提高过渡层和镍基熔覆层的熔覆成形效果。
22.在本技术可选的实施方式中，第一原料和第二原料各自独立地为球形粉末，且第一原料的粒径和第二原料的粒径各自独立地为40-105μm。
23.上述技术方案，有助于第一原料和第二原料在激光熔覆时快速熔化。
24.在本技术可选的实施方式中，第一原料在激光熔覆前通过以下方法处理：将银粉和铜粉混合后进行第一烘干。
25.可选地，第一烘干的方式选用真空加热烘干。
26.可选地，第一烘干的温度为80-120℃，第一烘干的时间为300-420min。
27.可选地，混合的方式选用球磨混合。
28.可选地，球磨混合过程中的球料比为(2-4):1。
29.可选地，球磨混合的转速为220-280r/min。
30.可选地，球磨混合的时间为300-420min。
31.可选地，球磨混合在惰性气体保护下进行。
32.在本技术可选的实施方式中，第二原料在激光熔覆前通过以下方法处理：将第二原料进行第二烘干。
33.可选地，第二烘干的方式选用真空加热烘干。
34.可选地，第二烘干的温度为80-120℃，第二烘干的时间为300-420min。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
36.图1为本技术提供的降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的工艺流程图。
37.图2为本技术实施例步骤(2)使用的铝板的表面的三位共聚焦表征图。
38.图3为本技术实施例步骤(2)制得的铝质基体的表面的三位共聚焦表征图。
39.图4为本技术实施例步骤(6)制得的样品的实物图。
40.图5为本技术实施例步骤(6)制得的样品的截面形貌图。
41.图6为本技术对比例1步骤(3)制得的样品的实物图。
42.图7为本技术对比例1步骤(3)制得的样品的截面形貌图。
43.图8为本技术对比例2步骤(3)制得的样品的实物图。
44.图9为本技术对比例2步骤(3)制得的样品的截面形貌图。
45.图10为本技术实施例步骤(6)制得的样品的镍基熔覆层区域1的压痕图。
46.图11为本技术实施例步骤(6)制得的样品的镍基熔覆层区域2的压痕图。
47.图12为本技术实施例步骤(6)制得的样品的镍基熔覆层区域3的压痕图。
48.图13为本技术实施例步骤(6)制得的样品的镍基熔覆层区域4的压痕图。
49.图14为本技术实施例步骤(6)制得的样品的镍基熔覆层区域5的压痕图。
具体实施方式
50.发明人发现，采用激光熔覆技术在铝质基体表面制备镍基熔覆层时，镍元素与铝元素容易混合形成大量脆性的金属间化合物相，使得镍基熔覆层内会出现较多的裂纹，会影响镍基熔覆层的服役性能，甚至严重时会导致镍基熔覆层相对于铝质基体脱落，导致无法有效赋予铝质基体较高的耐磨性、硬度、耐蚀性以及耐高温性。此外，由于熔化后的镍或镍合金的粘度较大，不利于在铝质基体表面润湿铺展，导致镍基熔覆层的熔覆成形效果较差。
51.为解决上述问题，本技术提供一种降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，该方法包括：采用激光熔覆的方法，在铝质基体的表面上形成过渡层，然后在过渡层的表面形成镍基熔覆层。其中，铝质基体的表面粗糙度ra为1-3μm；形成过渡层采用第一原料，第一原料包括银粉和铜粉，且银粉和铜粉在第一原料中的质量占比分别为25-30％以及70-75％；形成镍基熔覆层采用第二原料，第二原料包括镍粉或/和镍基合金粉。
52.在本技术中，铝质基体是指：材质以铝元素为主的基体；本技术不对铝质基体的形状或结构进行限定，例如，铝质基体的形状可以为板状等。
53.作为示例性地，铝质基体的表面粗糙度ra可以为1μm、1.2μm、1.4μm、1.5μm、1.7μm、2μm、2.2μm、2.5μm、2.7μm和3μm中任意一点值或任意两者之间的范围值；第一原料中，银粉的质量占比可以为25％、25.5％、26％、27％、27.5％、28％、28.5％、29％和30％中任意一点值或任意两者之间的范围值；第一原料中，铜粉的质量占比可以为70％、70.5％、71％、71.5％、72％、72.5％、73％、74％、74.5％和75％中任意一点值或任意两者之间的范围值。
54.在本技术中，在铝质基体表面激光熔覆形成过渡层时，铝质基体的表面粗糙度ra为1-3μm，可以使得铝质基体的表面具有“微观纹理织构”结构，可以有效减少铝质基体对激光的反射率，提高铝质基体对激光能量的利用率，有助于铝质基体的表面快速形成熔池，进而有利于使得第一原料快速熔化；此外，铝质基体的表面粗糙度ra为1-3μm，也有利于熔化后的第一原料在铝质基体的表面更好地润湿铺展。
55.第一原料包括25-30wt％的银粉和70-75wt％的铜粉，可有效降低第一原料的熔点，可使得第一原料的熔点在铜和镍的共晶点附近(仅为780℃左右)，有利于熔化后的第一原料可较长时间保持液态，可提高熔化后的第一原料的流动性，有助于熔化后的第一原料在铝质基体的表面更好地润湿铺展，提高过渡层的熔覆成形效果，提高过渡层的致密度，降低过渡层内的缺陷，提高过渡层与铝质基体间的结合强度。
56.由于形成过渡层的第一原料包括25-30wt％的银粉和70-75wt％的铜粉，也可以有效降低过渡层的熔点；形成镍基熔覆层时，可使得过渡层的表面快速熔化形成熔池，有利于第二原料快速熔化，也有利于熔化后的、粘度较大的第二原料在过渡层上更好地润湿铺展，可提高镍基熔覆层的成形效果，提高镍基熔覆层的致密度，降低镍基熔覆层内的缺陷，提高镍基熔覆层与过渡层间的结合强度；过渡层的表面快速形成熔池，也可减少过渡层与镍基熔覆层的界面处金属间化合物相的形成，可有效降低过渡层与镍基熔覆层的界面处的裂纹
105μm；有助于激光熔覆形成镍基熔覆层时，第二原料可以快速熔化。
73.在本技术中，第二原料为球形粉末，并不一定是指第二原料为标准的球形，还可以是指第二原料的形状可以为类球形。
74.作为示例性地，第二原料的粒径可以为40μm、50μm、60μm、75μm、90μm、100μm和105μm中任意一点值或任意两者之间的范围值。
75.在本技术一些可选的实施方式中，第二原料在激光熔覆前通过以下方法处理：将第二原料进行第二烘干。
76.进一步地，第二烘干的方式选用真空加热烘干。
77.在本技术一些可选的实施方式中，第二烘干的温度为80-120℃，第二烘干的时间为300-420min。作为示例性地，第二烘干的温度可以为80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、110℃和120℃中任意一点值或任意两者之间的范围值；第二烘干的时间可以为300min、320min、340min、360min、380min、400min和420min中任意一点值或任意两者之间的范围值。
78.s20，准备铝质基体；其中，铝质基体的表面粗糙度ra为1-3μm。
79.在本技术一些可选的实施方式中，铝质基体的制备方法包括：使用近红外光激光束对铝材的表面进行往复扫描；其中，往复扫描时，近红外光激光束的激光功率为10-40w，往复扫描的频率为20-100hz。
80.上述方式，可使得铝质基体的粗糙度较高，使得铝质基体表面具有“微观纹理织构”结构，可以有效减少铝质基体对激光的反射率，提高铝质基体对激光能量的利用率，有助于铝质基体的表面快速熔化形成熔池，进而有利于使得第一原料快速熔化；也有利于使得熔化后的第一原料在铝质基体的表面更好地润湿铺展，提高过渡层的熔覆成形效果。
81.作为示例性地，近红外光激光束的激光功率可以为10w、15w、20w、25w、30w、35w和40w中任意一点值或任意两者之间的范围值；往复扫描的频率可以为20hz、30hz、45hz、50hz、60hz、75hz、90hz和100hz中任意一点值或任意两者之间的范围值。
82.进一步地，在往复扫描时，近红外光激光束的焦点位于铝材的表面；且焦点处，近红外光激光束的光斑为圆形光斑，光斑的直径为0.01-0.05mm。有利于有效改变铝材表面的粗糙度，进而制备得到表面粗糙度较高的铝质基体。
83.在本技术中，焦点处，近红外光激光束的光斑为圆形光斑，并不一定是指该光斑的形状为标准的圆形，也可以是指该光斑的形状可以为类圆形。
84.作为示例性地，焦点处，近红外光激光束的光斑的直径可以为0.01mm、0.015mm、0.02mm、0.025mm、0.03mm、0.035mm、0.04mm和0.05mm中任意一点值或任意两者之间的范围值。
85.作为示例性地，在本技术的实施例中，往复扫描为往复线性扫描方式。
86.进一步地，在本技术一些可选的实施方式中，铝质基体的制备方法还包括：在使用近红外光激光束对铝材的表面进行往复扫描之前，先去除铝材表面的氧化膜和油污，然后吹干铝材。
87.作为示例性地，可以使用砂轮机打磨掉铝材表面的氧化膜；可以采用酒精和丙酮清洗对铝材的表面进行清洗，以去除铝材表面的油污等。
88.需要说明的是，在其他可行的实施方式中，也可以不采用上述方式制备铝质基体，也可以采用其他方式制备铝质基体，只要满足制备形成的铝质基体的表面粗糙度ra为1-3μ
m即可。
89.在本技术一些可选的实施方式中，铝质基体的表面粗糙度ra为1.2-1.7μm；有利于进一步减少铝质基体对激光的反射率，以进一步提高铝质基体对激光能量的利用率，进而使得铝质基体的表面快速熔化形成熔池；也有利于进一步使得熔化后的第一原料在铝质基体的表面快速润湿铺展，以进一步提高过渡层的熔覆成形效果。
90.s30，采用激光熔覆的方法，在铝质基体的表面形成过渡层；其中，形成过渡层采用第一原料。
91.在本技术一些可选的实施方式中，形成过渡层时使用的激光束为近红外光激光束。
92.在本技术中，近红外光激光束是指：波长为780-2526nm的激光束。
93.进一步地，形成过渡层时，近红外光激光束的激光功率为1.5-4.5kw；可使得铝质基体的表面快速熔化形成熔池，也有助于快速扩大熔池，以使得更多的第一原料快速熔化，且使得熔化后的第一原料较长时间保持液体，提高熔化后的第一原料的流动性，可提高过渡层的熔覆成形效果。
94.作为示例性地，形成过渡层时，近红外光激光束的激光功率可以为1.5kw、2kw、2.5kw、3kw、3.5kw、4kw和4.5kw中任意一点值或任意两者之间的范围值。
95.在本技术一些可选的实施方式中，形成过渡层的过程中，近红外光激光束相对于铝质基体的扫描速率为1-10m/min；有助于进一步提高过渡层的成形效果。
96.作为示例性地，形成过渡层的过程中，近红外光激光束相对于铝质基体的扫描速率可以为1m/min、2m/min、3m/min、5m/min、6m/min、7m/min、8m/min、9m/min和10m/min中任意一点值或任意两者之间的范围值。
97.在本技术一些可选的实施方式中，采用送粉器转移第一原料，且转移第一原料时，送粉器的转速为0.5-3r/min；有助于进一步提高过渡层的成形效果。
98.作为示例性地，转移第一原料时，送粉器的转速可以为0.5r/min、1r/min、1.5r/min、2r/min、2.5r/min和3r/min中任意一点值或任意两者之间的范围值。送粉气体为惰性气体，例如氩气。
99.在本技术一些可选的实施方式中，形成过渡层的过程在保护气下进行。作为示例性地，保护气可以为氩气，保护气流量为20-25l/min，搭接率为40-60％。
100.s40，采用激光熔覆的方法，在过渡层的表面形成镍基熔覆层；其中，形成镍基熔覆层采用第二原料。
101.在本技术一些可选的实施方式中，形成镍基熔覆层时使用的激光束为近红外光激光束。
102.进一步地，形成镍基熔覆层时，近红外光激光束的激光功率为1.5-4.5kw；可使得过渡层的表面快速熔化形成熔池，也有助于快速扩大熔池，以使得更多的第二原料快速熔化，且使得熔化后的第二原料较长时间保持液体，提高熔化后的、粘度较大的第二原料的流动性，提高镍基熔覆层的成形效果。
103.作为示例性地，形成镍基熔覆层时，近红外光激光束的激光功率可以为1.5kw、2kw、2.5kw、3kw、3.5kw、4kw和4.5kw中任意一点值或任意两者之间的范围值。
104.在本技术一些可选的实施方式中，形成镍基熔覆层的过程中，近红外光激光束相
对于铝质基体的扫描速率为1-10m/min；有助于进一步提高镍基熔覆层的成形效果。
105.作为示例性地，形成镍基熔覆层的过程中，近红外光激光束相对于铝质基体的扫描速率可以为1m/min、2m/min、3m/min、5m/min、6m/min、7m/min、8m/min、9m/min和10m/min中任意一点值或任意两者之间的范围值。
106.在本技术一些可选的实施方式中，采用送粉器转移第而原料，且转移第二原料时，送粉器的转速为0.5-3r/min；有助于进一步提高镍基熔覆层的成形效果。
107.作为示例性地，转移第二原料时，送粉器的转速可以为0.5r/min、1r/min、1.5r/min、2r/min、2.5r/min和3r/min中任意一点值或任意两者之间的范围值。送粉气体为惰性气体，例如氩气。
108.在本技术一些可选的实施方式中，形成镍基熔覆层的过程在保护气下进行。作为示例性地，保护气可以为氩气，保护气流量为20-25l/min，搭接率为40-60％。
109.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
110.实施例
111.本实施例提供一种在铝板表面形成镍基熔覆层的制备方法，包括如下步骤：
112.(1)准备材料尺寸为100mm
×
50mm
×
5mm的铝板，使用砂轮机打磨掉铝板表面的氧化膜，使用酒精和丙酮清洗去除铝板表面的油污，吹干后，将铝板固定在扫描激光工位处。
113.(2)设置近红外光激光束的激光功率为20w，扫描频率为50hz，并将近红外光激光束的焦点调控至位于扫描激光工位处的铝板的表面的起始位置，设定扫描范围，运行程序，得到表面具有一定粗糙度的铝质基体。
114.(3)将质量比为7:18的银粉和铜粉球磨混合，然后使用真空加热烘干炉对球磨后的体系进行干燥，得到第一原料。
115.其中，银粉和铜粉均为球形粉末，且粒径均为40-105μm；球磨混合于氩气氛围下进行，且球磨混合的球料比为3:1，球磨的转速为250r/min，球磨的时间为360min。烘干的温度为100℃，烘干的时间为360min。
116.(4)将步骤(3)得到的第一原料放置于送粉器内；熔覆形成ag-cu过渡层所用的激光为近红外光，设置近红外光激光束的激光功率为2kw，近红外光激光束的扫描速率为3m/min，送粉器的转送为1r/min，吹粉气体和熔覆保护气体均为氩气，保护气流量为20l/min，搭接率为50％。
117.将步骤(2)制得的铝质基体固定于激光熔覆平台的工位处，并调整近红外光激光束的焦点位于铝质基体的表面的起始位置，打开保护气，运行程序，熔覆形成位于铝质基体的表面的ag-cu过渡层，得到中间体。
118.(5)将镍粉进行烘干，得到第二原料。
119.其中，镍粉为球形粉末，且粒径为40-105μm；烘干的温度为100℃，烘干的时间为360min。
120.(6)将步骤(5)得到的第二原料放置于送粉器内；熔覆形成镍基熔覆层所用的激光为近红外光，设置近红外光激光束的激光功率为2.5kw，近红外光激光束的扫描速率为
1.5m/min，送粉器的转送为2r/min，吹粉气体和熔覆保护气体均为氩气，保护气流量为20l/min，搭接率为50％。
121.将步骤(4)制得的中间体固定于激光熔覆平台的工位处，并调整近红外光激光束的焦点位于ag-cu过渡层的表面的起始位置，打开保护气，运行程序，熔覆形成位于ag-cu过渡层表面的镍基熔覆层。
122.对比例1
123.本对比例提供一种在铝板表面形成镍基熔覆层的制备方法，包括如下步骤：
124.(1)准备材料尺寸为100mm
×
50mm
×
5mm的铝板，使用砂轮机打磨掉铝板表面的氧化膜，使用酒精和丙酮清洗去除铝板表面的油污，吹干后备用。
125.(2)将镍粉进行烘干，得到激光熔覆原料。
126.其中，镍粉为球形粉末，且粒径为40-105μm；烘干的温度为100℃，烘干的时间为360min。
127.(3)将步骤(2)得到的激光熔覆原料放置于送粉器内；熔覆形成镍基熔覆层所用的激光为近红外光，设置近红外光激光束的激光功率为2.4kw，近红外光激光束的扫描速率为1.5m/min，送粉器的转送为2r/min，吹粉气体和熔覆保护气体均为氩气，保护气流量为20l/min，搭接率为50％。
128.将步骤(1)制得的铝板固定于激光熔覆平台的工位处，并调整近红外光激光束的焦点位于铝板的表面的起始位置，打开保护气，运行程序，形成位于铝板表面的镍基熔覆层。
129.对比例2
130.本对比例提供一种在铝板表面形成镍基熔覆层的制备方法，本对比例与对比例1的区别在于：步骤(3)中的激光功率为3kw。
131.实验例1
132.对实施例步骤(2)中使用的铝板(即激光扫描前)的表面和实施例步骤(2)制得的铝质基体(即激光扫描后)的表面分别进行三维共聚焦表征，表征结果分别如图2和图3所示。
133.从图2和图3的对比可以看出，实施例步骤(2)的操作可以使得铝板表面的粗糙度提升，使得制得的铝质基体的表面呈微观织构状，经测定铝质基体的表面平均粗糙度ra为1.5μm。
134.采集实施例步骤(6)制得的样品的照片，如图4所示；并对实施例步骤(6)制得的样品的截面进行光镜表征，表征结果如图5所示；图5中的标尺为1000μm，图5中的a部分是指：铝质基体，图5中的b部分是指：ag-cu过渡层，图5中的c部分是指：镍基熔覆层。
135.从图4和图5可以看出，铝质基体的表面上形成了光滑连续的成形，ag-cu过渡层在铝质基体的表面上铺展较好，ag-cu过渡层和铝质基体的表面结合较好，且ag-cu过渡层内没有裂纹等缺陷产生。ag-cu过渡层表面形成了光滑连续的成形，镍基熔覆层在ag-cu过渡层的表面上铺展较好，镍基熔覆层和ag-cu过渡层的表面结合较好，且镍基熔覆层内没有裂纹等缺陷产生。
136.采集对比例1步骤(3)制得的样品的照片，如图6所示；并对对比例1步骤(3)制得的样品的截面进行光镜表征，表征结果如图7所示；图7中的标尺为1000μm，图7中的a部分是
指：铝板，图7中的b部分是指：镍基熔覆层。
137.从图6和图7可以看出，对比例1制得的样品中，镍基熔覆层在铝板上的铺展非常差，且许多镍基熔覆原料都没有发生熔化，镍基熔覆层内部发生多处开裂，甚至存在部分区域发生脱落。
138.采集对比例2步骤(3)制得的样品的照片，如图8所示；并对对比例2步骤(3)制得的样品的截面进行光镜表征，表征结果如图9所示；图9中的标尺为1000μm，图9中的a部分是指：铝板，图9中的b部分是指：镍基熔覆层。
139.从图8和图9可以看出，对比例2制得的样品中，镍基熔覆层内部和表面依旧存在较多的裂纹。
140.实验例2
141.对实施例步骤(6)制得的样品的表面进行硬度测试；测试方法为：选取镍基熔覆层的从顶部到底部的5个区域，分别对该5个区域(标号分别为1-5)进行压痕处理，测试每个区域的硬度；标号1-5对应的区域的压痕图分别如图10至图14所示，图10至图14中的标尺为10μm；标号1-5对应的区域以及实施例步骤(1)得到的铝板表面的硬度如表1所示。
142.表1
[0143] 硬度(hv) 硬度(hv)区域1309.9区域4434.2区域2284.0区域5319.9区域3323.3铝板表面72.0
[0144]
从图10至图14以及表1可以看出，镍基熔覆层的平均硬度超过300hv，硬度最高可达434.2hv，远超过铝板表面的硬度72.0hv；表明：采用本技术实施例提供的在铝板表面形成镍基熔覆层的方法，可使得铝质基体的表面硬度较高。
[0145]
综上，本技术提供的方法可有效降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷，且铝质基体与过渡层以及过渡层与镍基熔覆层间的结合强度均较高，可有效赋予铝质基体较高的耐磨性、硬度、耐蚀性以及耐高温性。
[0146]
以上所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。

技术特征：
1.一种降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，其特征在于，包括：采用激光熔覆的方法，在铝质基体的表面上形成过渡层，然后在所述过渡层的表面形成镍基熔覆层；其中，所述铝质基体的表面粗糙度ra为1-3μm；形成所述过渡层采用第一原料，所述第一原料包括银粉和铜粉，且所述银粉和所述铜粉在所述第一原料中的质量占比分别为25-30％以及70-75％；形成所述镍基熔覆层采用第二原料，所述第二原料包括镍粉或/和镍基合金粉。2.根据权利要求1所述的降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，其特征在于，所述铝质基体的表面粗糙度ra为1.2-1.7μm。3.根据权利要求1所述的降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，其特征在于，所述铝质基体的制备方法包括：使用近红外光激光束对铝材的表面进行往复扫描；其中，所述往复扫描时，所述近红外光激光束的激光功率为10-40w；所述往复扫描的频率为20-100hz。4.根据权利要求3所述的降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，其特征在于，所述往复扫描时，所述近红外光激光束的焦点位于所述铝材的表面；且所述焦点处，所述近红外光激光束的光斑为圆形光斑，所述光斑的直径为0.01-0.05mm。5.根据权利要求1-4中任一项所述的降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，其特征在于，形成所述过渡层和所述镍基熔覆层时使用的激光束均为近红外光激光束；且形成所述过渡层和所述镍基熔覆层时，所述近红外光激光束的激光功率各自独立地为1.5-4.5kw。6.根据权利要求5所述的降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，其特征在于，形成所述过渡层和所述镍基熔覆层的过程中，所述近红外光激光束相对于所述铝质基体的扫描速率各自独立地为1-10m/min。7.根据权利要求1-4中任一项所述的降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，其特征在于，采用送粉器转移所述第一原料和所述第二原料；且转移所述第一原料和所述第二原料时，所述送粉器的转速各自独立地为0.5-3r/min。8.根据权利要求1-4中任一项所述的降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，其特征在于，所述第一原料和所述第二原料各自独立地为球形粉末，且所述第一原料的粒径和所述第二原料的粒径各自独立地为40-105μm。9.根据权利要求1-4中任一项所述的降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，其特征在于，所述第一原料在激光熔覆前通过以下方法处理：将所述银粉和所述铜粉混合后进行第一烘干；可选地，所述第一烘干的方式选用真空加热烘干；可选地，所述第一烘干的温度为80-120℃，所述第一烘干的时间为300-420min；可选地，所述混合的方式选用球磨混合；可选地，所述球磨混合过程中的球料比为(2-4):1；可选地，所述球磨混合的转速为220-280r/min；可选地，所述球磨混合的时间为300-420min；
可选地，所述球磨混合在惰性气体保护下进行。10.根据权利要求1-4中任一项所述的降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，其特征在于，所述第二原料在激光熔覆前通过以下方法处理：将所述第二原料进行第二烘干；可选地，所述第二烘干的方式选用真空加热烘干；可选地，所述第二烘干的温度为80-120℃，所述第二烘干的时间为300-420min。

技术总结
本申请提供一种降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷的方法，属于激光熔覆技术领域。该方法包括：采用激光熔覆的方法，在铝质基体的表面上形成过渡层，然后在过渡层的表面形成镍基熔覆层。其中，铝质基体的表面粗糙度Ra为1-3μm；形成过渡层采用第一原料，第一原料包括银粉和铜粉，且银粉和铜粉在第一原料中的质量占比分别为25-30％以及70-75％；形成镍基熔覆层采用第二原料，第二原料包括镍粉或/和镍基合金粉。本申请提供的方法可有效降低铝质基体表面形成的镍基熔覆层中的裂纹缺陷，且铝质基体与过渡层以及过渡层与镍基熔覆层间的结合强度均较高，可有效赋予铝质基体较高的耐磨性、硬度、耐蚀性以及耐高温性。耐蚀性以及耐高温性。耐蚀性以及耐高温性。


技术研发人员：孙军浩 焦伟 李铸国 冯珂 吴东升 凌玮 刘长清 王瑞博 连宏宇 罗蕾 黄玉玺 程静
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/20