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

　　鋁基顆粒增強復合材料（AMC）是金屬基復合材料的一種，具有密度低、制備靈活、可熱處理等優點，成為金屬基復合材料研究和發展的主流，在航空航天、軍事、汽車、電子、體育等領域有著廣泛的應用。鋁基復合材料的顆粒增強相有SiC、TiC、Al2O3、TiB2等 。目前，熔鑄是制備AMC材料和構件常用的方法，然而，由于鋁合金粘度大、流動性差，鑄件產品經常出現點狀缺陷，而這些點狀缺陷大多數都是在零件快加工到尺寸的時候才被發現，嚴重影響產品質量和成品率。

　　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大、燒損嚴重、形變大、基體晶粒尺寸長大等嚴重問題。因此，AMC點狀缺陷的補焊成為影響該類產品質量的技術難題。

　　二、技術方案

　　采用波長3kW半導體激光器（波長980nm）＋機器人系統，鋁合金對半導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、修復層組織分析

　　3.1 激光修復層的宏觀形貌

圖1：AMC板修復層表面形貌

圖2：補焊層橫斷面形貌

　　按照圖1所示的切割方向對補焊層進行切樣分析，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，無氧化現象。

　　3.2 激光修復層組織分析

　　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，強化相團聚嚴重，呈網狀分布。

圖3：鋁基復合材料基體組織

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，標明基體和補焊層呈良好的冶金結合狀態。組織分析表面，補焊層無顯微裂紋和氣孔。

　　3.3 修復層顯微硬度分析

　　采用顯微硬度計測定了修復層的硬度，結果如表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，但采用兩次補焊后，補焊層硬度略低于基材。

　　3.4 結論

　　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，結果標明，采用三種補焊工藝均能消除鋁基復合材料的缺陷，且一次點焊和連續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，能較好地實現鋁基復合材料缺陷的修復。具有重要的工程應用價值。