AZ91D鎂合金等離子表面改性研究.pdf

1、鎂合金作為工業(yè)應用中最輕的金屬結構材料其發(fā)展前景極為樂觀。鎂合金具有密度小、高比強度和比剛度,良好的減震、電磁屏蔽、機加工和易回收等優(yōu)點,被譽為是21世紀最具開發(fā)和應用的“綠色”工程材料,在交通、航空航天、電子工業(yè)等領域具有廣泛的應用前景。但是,鎂合金較低的強度、硬度和較差的耐磨耐蝕性能大大限制了其作為工程結構材料的應用范圍。因此,采用表面改性技術增強鎂合金表面的力學和化學性能具有重要的經濟和社會意義。
　　 本文將等離子熔覆工

2、藝引入到鎂合金表面改性技術領域,采用柔性等離子束在AZ91D鎂合金表面進行熔凝處理和涂層制備。采用掃描電鏡(SEM),能譜儀(EDS),電子探針(EPMA),顯微硬度儀,磨損試驗,電化學檢測等分析測試手段,較為系統(tǒng)地研究了熔凝層、Al基合金涂層、TiB2+Al2O3(TiC)涂層的組織和性能特征,分析了鎂合金表面原位合成TiB2+TiC涂層的反應過程。
　　 鎂合金表面等離子熔凝的研究結果表明,熔凝層組織主要由晶粒細小的α-Mg

3、和彌散分布的短桿狀或粒狀β-Mg17Al12組成,隨著熔凝電流的增大,熔凝層中β-Mg17Al12的相對含量增加。在細晶強化、沉淀強化、固溶強化以及過飽和點缺陷的附加強化的綜合作用下,熔凝層的表面硬度、耐磨性和耐蝕性能得到明顯提高。
　　 采用等離子熔覆技術在鎂合金表面成功制備了Al-Si合金涂層和Al-Si4+Y合金涂層,研究結果表明:Al基合金涂層與基體形成良好的冶金結合,Al-Si涂層的組織形態(tài)為Mg-Al金屬間化合物基體

4、上分布著枝狀Mg2Si化合物,由于組織細化以及多種金屬間化合物的存在,使得Al基涂層具有優(yōu)異的耐磨耐蝕性能。在加入一定比例的稀土元素Y后,除了上述物相外,涂層中出現(xiàn)了存在于Mg2Si相周圍的白色Al2Y相。與Al-Si合金涂層相比,Al-Si+Y合金涂層中Mg2Si相由原來的粗大枝晶形態(tài)轉變?yōu)榧毿浬⒎植嫉牧罨驐U狀,使得其硬度、耐磨性和耐蝕性明顯優(yōu)于Al-Si合金涂層和鎂合金基體。
　　 采用等離子熔覆技術在AZ91D鎂合金表

5、面獲得TiB2+Al2O3涂層,并添加不同比例Al粉以提高涂層的結合性和致密性。研究結果表明,涂層中形成了TiB2、Al2O3、α-Mg、Mg17Al12、Mg2A13等物相,其中TiB2、Al2O3陶瓷相呈現(xiàn)聚集現(xiàn)象,而α-Mg、Mg17Al12等物相具有枝晶生長的特征。由于復相陶瓷和金屬間化合物所產生的多相增強作用大幅提高了涂層的表面硬度、耐磨性,與基體鎂合金對比,涂層的耐蝕性能均有不同程度的提高。
　　 在AZ91D鎂合金

6、表面等離子熔覆純TiB2+TiC粉末,所制備的涂層主要由TiB2、TiC陶瓷相和α-Mg相構成,復相陶瓷分布在α-Mg相的基體上;按照TiB2-TiC:Al=2:1添加一定比例Al粉后,在鎂合金基體的稀釋作用下,涂層中形成大量的Mg17Al12金屬間化合物。涂層與基體呈現(xiàn)鋸齒狀冶金結合,TiB2+TiC主要分布在以Mg17Al12為主的基體上。雖然涂層中陶瓷相的含量減少,但在陶瓷和金屬間化合物的綜合作用下,其硬度、耐磨性與熔覆純TiB2

7、+TiC粉末相比變化不大:此外,由于TiB2-TiC:Al=2:1涂層中α-Mg相含量的減少,還極大提高了涂層的耐蝕性能。
　　 采用等離子熔覆(Ti+B4C)+Al粉末,在鎂合金表面原位合成由TiAl3、MglvAl12化合物和TiB2、TiC陶瓷相構成的多相增強復合涂層。TiAl3主要分布在涂層的上部,而TiB2、TiC陶瓷相集中在涂層的下部。從熱力學角度分析了(Ti4+B4C)+Al體系的原位反應過程,討論了涂層中各物相的