液氮環(huán)境下的鎂合金激光表面改性的研究.pdf

1、由于鎂合金有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如較低的密度，良好的鑄造性能和高的阻尼性等被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”，但由于鎂合金的表面硬度低，耐磨性以及耐腐蝕性差等原因嚴(yán)重阻礙了其發(fā)展。
　　 為此本課題以AZ31B鎂合金為研究對象，對其進(jìn)行激光表面處理，利用金相、X射線衍射分析、硬度測試、摩擦磨損試驗(yàn)以及電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)等手段，研究合金表面改性層在經(jīng)過空冷、深冷、極冷以及極冷+深冷這四種冷卻方式后對合金在宏觀以及微觀形貌、物相組成、硬度、耐腐蝕

2、性以及耐磨性等方面的影響以及作用機(jī)理。
　　 對AZ31B鎂合金進(jìn)行了激光熔凝處理，發(fā)現(xiàn)熔凝層與鎂合金基體呈金屬間結(jié)合，幾乎看不到裂紋、氣孔。本文分別通過改變激光加工的冷卻工藝、激光功率以及掃描速度這三個(gè)參數(shù)，研究其對合金熔凝層的影響，發(fā)現(xiàn)在P=3300w、v=360m/s的時(shí)候得到最好的組織。在此工藝下得到的熔凝層是由α-Mg和β-Mg17Al12構(gòu)成;晶粒比鎂合金基體而言得到明顯的細(xì)化;耐磨損性能以及耐腐蝕性能都得到了一定程

3、度的提高;腐蝕電位正移了0.093V，腐蝕電流密度降低了一個(gè)數(shù)量級;熔凝層的最大摩擦系數(shù)和平均摩擦系數(shù)分別比鎂合金基體降低了0.047、0.029。
　　 由于液氮深冷處理在傳統(tǒng)鋼鐵材料中得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也證實(shí)了深冷處理可以提高制件的耐磨性、硬度和使用壽命等。所以通過在相同參數(shù)下、深冷條件下，對鎂合金進(jìn)行激光熔凝處理，熔凝層仍由a-Mg和β-Mg17Al12組成;但是由于深冷作用，其強(qiáng)化相β-Mg17Al12比鎂合金基體和

4、空冷激光熔凝層都要多，所以其硬度、耐腐蝕性和耐磨性都得到提高;其腐蝕電位為-1423 mV，比未處理母材(-1575mV)提高了152mV，腐蝕電流密度降低了約二個(gè)數(shù)量級;深冷熔凝層的最大摩擦系數(shù)比鎂合金基體降低了0.011，平均摩擦系數(shù)比鎂合金基體降低了0.017。
　　 極端冷卻工藝也被證實(shí)對激光熔凝層的組織和性能有很大的改良，所以通過在相同參數(shù)下，進(jìn)行了極端冷卻試驗(yàn)進(jìn)行對比。結(jié)果表明:極冷激光熔凝層的表層晶粒比空冷激光熔凝

5、層、深冷激光熔凝層更加細(xì)小;熔凝層仍由α-Mg和β-Mg17Al12組成;熔凝層表層硬度最高為150HV0.05;其耐腐蝕性和耐磨性相對于基體都得到了提高，電化學(xué)極化曲線測試結(jié)果表明極端冷卻條件下，熔凝層表面明顯的鈍化，而且其自腐蝕電流為6.98E-4，比深冷激光熔凝層(2.14E-4)大4.84E-4，分別比鎂合金基體和空冷激光熔凝層(5.06E-3)、(1.60E-2)降低約一到兩個(gè)數(shù)量級;磨損性能分析實(shí)驗(yàn)表明，同一功率參數(shù)和摩擦環(huán)

6、境下，極冷激光熔凝層的最大摩擦系數(shù)是0.261，平均摩擦系數(shù)是0.168，其摩擦系數(shù)最小但是其表面形貌和SEM放大圖可以看出其耐磨性是增強(qiáng)的，主要是由于氧化膜產(chǎn)生導(dǎo)致的潤滑作用。
　　 由于深冷、極冷處理都可以提高激光熔凝層的部分性能，所以通過結(jié)合這兩種工藝來進(jìn)行試驗(yàn)分析是否可以取得一個(gè)最佳效果。結(jié)果表明:極冷+深冷激光熔凝層的組織比極冷激光熔凝層的組織更均勻，表層由于冷卻速度的加快幾乎沒有樹枝晶形成，而形成了均勻細(xì)小的激冷等軸

7、晶;其物相仍舊由α-Mg和β-Mg17Al12組成，但是由于固體熱脹冷縮的作用，析出相β-Mg17Al12的含量相對多些;硬度最高為180HV0.05，熔凝層硬度提高幅度超過了233％左右;通過電化學(xué)極化曲線測試(3.5％(wt％)NaCl)可以看出，極冷+深冷激光熔凝層出現(xiàn)了兩次鈍化，其自腐蝕電位為-1512mV，自腐蝕電流為1.04E-4A，其自腐蝕電流比鎂合金基體(1.60E-2A)、空冷激光熔凝層(5.06E-3A)、深冷激光熔

8、凝層(2.14E-4A)、極冷激光熔凝層(6.98E-4A)都小，說明極冷+深冷條件下，激光熔凝對鎂合金腐蝕性能的提高最優(yōu);磨損性能分析試驗(yàn)表明，在同一功率參數(shù)和摩擦環(huán)境、極冷+深冷處理下，激光熔凝層的磨痕寬度約為600μm，平均磨損量為0.003g，最大摩擦系數(shù)是0.345，平均摩擦系數(shù)是0.238;比較得出極冷+深冷條件下的磨痕寬度最窄，平均磨損量最小，最大摩擦系數(shù)最大，平均摩擦系數(shù)亦如此，所以極冷+深冷的冷卻處理工藝明顯改善了AZ