AZ91D鎂合金等離子表面改性研究.pdf

1、鎂合金作為工業(yè)應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料其發(fā)展前景極為樂(lè)觀。鎂合金具有密度小、高比強(qiáng)度和比剛度,良好的減震、電磁屏蔽、機(jī)加工和易回收等優(yōu)點(diǎn),被譽(yù)為是21世紀(jì)最具開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的“綠色”工程材料,在交通、航空航天、電子工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但是,鎂合金較低的強(qiáng)度、硬度和較差的耐磨耐蝕性能大大限制了其作為工程結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用范圍。因此,采用表面改性技術(shù)增強(qiáng)鎂合金表面的力學(xué)和化學(xué)性能具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(shù)領(lǐng)域,采用柔性等離子束在AZ91D鎂合金表面進(jìn)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(yàn),電化學(xué)檢測(cè)等分析測(cè)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(yīng)過(guò)程。
　　 鎂合金表面等離子熔凝的研究結(jié)果表明,熔凝層組織主要由晶粒細(xì)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(duì)含量增加。在細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化以及過(guò)飽和點(diǎn)缺陷的附加強(qiáng)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(shù)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(jié)果表明:Al基合金涂層與基體形成良好的冶金結(jié)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(xì)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(lái)的粗大枝晶形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小彌散分布的粒狀或桿狀,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(shù)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(jié)合性和致密性。研究結(jié)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(zhǎng)的特征。由于復(fù)相陶瓷和金屬間化合物所產(chǎn)生的多相增強(qiáng)作用大幅提高了涂層的表面硬度、耐磨性,與基體鎂合金對(duì)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(gòu)成,復(fù)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(jié)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(gòu)成的多相增強(qiáng)復(fù)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(xué)角度分析了(Ti4+B4C)+Al體系的原位反應(yīng)過(guò)程,討論了涂層中各物相的