消失模铸造镁合金表面合金化研究

摘要

镁合金是一种轻质结构材料，被广泛应用于各领域，但由于耐蚀性差，其大规模应用受到限制。消失模铸造作为一种净无余量的绿色铸造技术，在成形镁合金铸件方面有独特优势。为改善镁合金铸件的防腐性能，本文采用消失模铸造表面合金化的方法对镁合金进行表面改性处理，并得到了一些有意义的结论。
　　 首先，本文对消失模铸造镁合金表面铝元素合金化进行了研究。单因素试验研究表明：一定工艺条件下，浇注温度及真空度的阈值分别处于750~780℃及0.02~0.04MPa之间，只有当两工艺参数取值大于其对应阈值时，镁合金表面才能形成合金化层。通过正交优化试验得到最优工艺条件：真空度为0.07~0.075MPa，粉体粒度为150μm，外层涂料为1层，粘结剂聚乙烯醇（PVA）含量为2.44％，浇注温度为780℃。该工艺下镁合金表面形成了厚度约为2mm、组织覆盖率接近100％的致密均匀合金化层。铝合金化层的形态呈菊花状或网状，主要由Mg17Al12、Mg和Al等物相组成。只有当组织覆盖率大于临界值约37％时，镁合金表面铝合金化层才能起到防腐作用，且组织覆盖率越高，镁合金耐蚀性越强。本实验最优工艺条件下镁合金表面合金化层的自腐蚀电位为-1.0628V，自腐蚀电流下降了两个多数量级。
　　 其次，本文对消失模铸造镁合金表面锌及铝锌复合合金化进行了探索。结果表明，在浇注温度为720℃或铸件模数为6.3mm的条件下，镁合金表面能形成以Mg17Al12、Al5Mg11Zn4、Zn、Mg为主要组成物相的具有一定防腐性能的锌合金化层。而当铝锌混合比例为3.5:1或铸件模数为10.4mm时，镁合金表面也能形成一层主要物相为Mg17Al12、Al、Zn、Mg的铝锌复合合金化层，腐蚀极化试验研究表明其自腐蚀电位相对AZ91D合金有所提高，自腐蚀电流下降一个多数量级，达到防腐蚀的效果。
　　 最后，以表面铝合金化为对象，建立了消失模铸造镁合金表面合金化模型，从理论上推导了表面合金化热力学及动力学条件，结果表明：热力学上，欲满足合金化过程的吸热量要求，镁合金熔体在铝熔点以上的降温幅度应至少为合金化层厚度的409.2倍；动力学上，镁合金的渗入深度与背压、粉体粒度、凝固时间、润湿角、金属液粘度及静压头等因素有关，且一定工艺条件下，真空度及粉体粒度均存在理论临界值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪 论

2 试验材料及方法

3 消失模铸造镁合金表面铝合金化研究

4 消失模铸造镁合金表面锌及铝锌复合合金化探索

5 消失模铸造镁合金表面合金化机理研究

6 结论与展望

致 谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间撰写的论文和专利