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基于稀土调控的Ni-Cr-B-Si合金粉末激光熔覆铝合金的形核机制与强化机理研究

铝合金；激光熔覆；稀土；熔覆层组织

为提高铝合金的综合使用性能，扩大其应用范围，采用激光熔覆增材制造技术在6063Al表面制备了添加了4%CeO₂，5% Y₂O₃，5% La₂O₃的Ni-Cr-B-Si合金熔覆层。通过X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM），透射电子显微镜（TEM）对熔覆层进行了物相分析，成分分析，微观组织和结构分析；从热力学、动力学和凝固学角度分析了各元素的分布规律，熔覆层界面过渡层和上部熔覆层组织的形核、长大机理和稀土的作用机理。结果表明，熔覆层主要由底部一层较薄的界面过渡层和上部厚度较大的熔覆层两部分组成。Ni-Cr-B-Si熔覆层的界面过渡层存在大量的气孔和裂纹，熔覆层部分脱落，组织存在明显偏析。而添加4% CeO₂、5%Y₂O₃和5% La₂O₃的熔覆层无明显气孔、裂纹和脱落现象，晶粒分布较弥散，组织得到细化，组织偏析得到明显改善。三种稀土相比，组织状态由好到差的顺序依次为Ni60+4%CeO₂熔覆层、Ni60+5%Y₂O₃熔覆层和Ni60+5%La₂O₃熔覆层。通过研究发现，添加稀土可以在熔覆层凝固过程中提高熔池的流动性，净化熔池，且稀土大部分偏聚在晶界和相界处，对晶界和相界起到强化作用。熔覆层的强化机制为固溶强化和细晶强化，Ni60+4%CeO₂熔覆层还具有弥散强化的强化机制。