AZ91D鎂合金表面Ni基激光熔覆層的微觀組織與耐蝕性能研究.pdf

1、鎂合金因密度小、阻尼強度高等優(yōu)點被譽為21世紀(jì)最具發(fā)展前景的綠色工程結(jié)構(gòu)材料，但其化學(xué)活性大、耐蝕性差，嚴(yán)重影響了鎂合金零部件的使用壽命和應(yīng)用領(lǐng)域。鎂合金熔點低、對激光吸收率低，這在一定程度上使鎂合金表面激光熔覆技術(shù)變得復(fù)雜而困難。目前，科研工作者正從設(shè)備改進(jìn)、熔覆材料選擇和參數(shù)優(yōu)化等方面對其開展研究。
　　本文中，主要分析了AZ91D鎂合金表面Ni35，Al-Si/Ni35，Al-Si/(Ni35+xwt.％Al2O3)激光熔覆

2、層的微觀組織與耐蝕性能;研究了掃描速度對熔池凝固行為、熔覆層組織與耐蝕性能的影響規(guī)律。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、能譜分析儀(EDS)等對熔覆層的微觀組織、物相組成、成分進(jìn)行測試分析，用電化學(xué)工作站對熔覆層及基材的耐蝕性能進(jìn)行表征，揭示熔覆層耐蝕性改善機理。
　　研究表明，熔覆Ni35粉末時可獲得組織細(xì)小、耐蝕性好，以γ-Ni為主體，Ni3B，M23C6，MgNi2多種物相共存的熔覆層。熔覆層所含物相主要

3、為Ni35粉末的原始物相，與基材反應(yīng)較少。結(jié)合區(qū)出現(xiàn)基材含量較高和良好過渡兩種情況，結(jié)合好的區(qū)域出現(xiàn)白亮結(jié)合帶，上部為樹枝晶+枝晶間共晶組織的特征。γ-Ni樹枝晶、金屬間化合物的彌散強化和Cr, Fe，Si等元素的固溶強化對耐蝕性的提高起到了積極作用。
　　Al-Si共晶合金作過渡層時，可以實現(xiàn)基材和Ni35熔覆層的良好結(jié)合。結(jié)果顯示，激光處理后的試樣自下而上依次分為:基材、Al-Si過渡層、熔覆層三個部分。熔覆層中主要含有γ-N

4、i，MgNi2，AlNi3，Mg2Si，F(xiàn)eNi3，M23C6等物相，說明Ni35粉末與基材和Al-Si共晶合金都發(fā)生了反應(yīng)，有利于實現(xiàn)基材與熔覆層的良好結(jié)合。線成分分析結(jié)果顯示，Al，Si元素主要分布于過渡層中，與Mg結(jié)合形成Mg2Si和Mg-Al相。此外位于熔覆層上部的Al元素與Ni結(jié)合形成Al-Ni金屬間化合物。試驗中發(fā)現(xiàn)Al-Ni金屬間化合物的存在多以Cr的化合物為中心結(jié)晶形核，形成花瓣狀組織，限制了Cr在γ-Ni基體中的固溶，

5、使得Cr以硼化物的形式析出。Cr形成CrB化合物與固溶于γ-Ni基體中相比，對熔覆層耐蝕性能的影響有較大不同，后者對耐蝕性能的提高更為有利。
　　掃描速度影響了熔池存在時間和熔池內(nèi)熱量分布。當(dāng)P=1500W,v=200mm/min時，熔池存在時間較長，基材稀釋較多，得到了含鎂量較高、組織稀疏的結(jié)合區(qū)。v=300mm/min時，基材與熔覆層沒有實現(xiàn)冶金結(jié)合，特別是當(dāng)熔覆粉末為Ni35時，該條件下易出現(xiàn)熔覆層脫離基材表面的情況。工藝參

6、數(shù)的優(yōu)化可以調(diào)控基材對熔覆層的稀釋率，無論熔覆粉末為Ni35還是Al-Si/Ni35，v=250mm/min條件下都獲得了微觀組織和耐蝕性能最好的熔覆層，該工藝參數(shù)也是制備Al2O3添加熔覆層試驗的基礎(chǔ)。
　　P=1500W, v=250mm/min，Al-Si/Ni35作預(yù)置涂層時，得到了微觀組織和耐蝕性能最好的熔覆層。腐蝕電位達(dá)到-0.997V，高于基材0.521V，腐蝕電流密度為0.437×10-4A·cm-2，約為基材的1

7、/30。與Ni35單層熔覆層相比，v=200和250mm/min條件下，耐蝕性能也提高了4～5倍，表明Al-Si/Ni35熔覆層可以較好地改善AZ91D鎂合金表面耐蝕性。這與Ni基合金優(yōu)異的耐蝕性能、熔覆層的顯微組織、固溶和彌散強化作用密切相關(guān)，也表明Al-Si合金作為過渡層可以將兩者很好的結(jié)合起來。
　　當(dāng)Al2O3粉末在熔覆層內(nèi)均勻分布時，可以較顯著地提高熔覆層耐蝕性，但本試驗條件下，未能實現(xiàn)其與Ni35金屬粉末的均勻混合。A

8、l2O3的激光吸收率高，Al-Si導(dǎo)熱性好，導(dǎo)致熔池內(nèi)熱量、成分不均勻性增加，容易引起低熔點物質(zhì)的揮發(fā)并造成Ni35粉末的損失，與相同工藝未添加Al2O3的Al-Si/Ni35熔覆層相比，顯微組織不夠均勻、耐蝕性能有一定程度的削弱，但與基材相比，耐蝕性得到了提高。添加的Al2O3為1～3wt.％時，熔覆層組織細(xì)小，檢測到γ-Ni和Al2O3相的存在，但易出現(xiàn)原子富集，成分不夠均勻。當(dāng)添加5wt.％Al2O3時，熔覆層內(nèi)Al2O3分布比較