水下和陆上送丝式激光沉积铝合金的微观组织和显微硬度

铝合金因其比强度高、耐腐蚀性能好而被广泛应用于船舶和核电等领域。然而，由于服役环境恶劣，铝合金易于发生腐蚀失效。与传统修复方法相比，水下送丝式激光沉积具有受水压影响小、自动化程度高等优点。目前，对于薄壁管状结构铝合金的表面修复研究较少，尤其是水环境下的原位表面修复。本文首次在薄壁管状结构铝合金的表面进行了水下原位送丝式激光沉积，并与陆上送丝式激光沉积进行了对比分析。水下和陆上沉积层均成形良好，不存在未熔合、裂纹等缺陷。与陆上沉积层相比，水下沉积层的氧化程度略重。在水下和陆上沉积层的熔化区中，柱状晶均在熔合线处形核，并沿最大冷却速率方向生长；在沉积区中均形成了等轴晶。随着激光沉积环境从陆上转变为水下，沉积区宽度和熔化区高度均减小，而沉积角和沉积区高度均增大。由于水环境中激光沉积过程的冷却速率较大，使得峰值温度较低且高温停留时间较短，导致水下激光沉积的晶粒尺寸较小，大角度晶界所占比例较低。此外，水下沉积区的镁元素含量高于陆上的，表明水环境的存在有利于降低沉积区中镁元素烧损。水下沉积层的平均显微硬度高于陆上的，这主要与晶粒尺寸和镁元素烧损有关，根据Hall–Petch公式，材料的晶粒尺寸越细小，显微硬度越高；另外，镁元素含量较高，有利于提高铝-镁合金的显微硬度。