基于表面纳米化的镁合金表面铝涂层扩散研究

摘要

长期以来,耐腐蚀性能差一直是制约镁合金广泛应用的主要瓶颈之一。为了提高镁合金耐腐蚀性能,对其进行表面防护处理是非常必要的。采用氧气-乙炔火焰热喷涂技术制备铝涂层,用于镁合金表面防护具有一定的作用,但是铝涂层与镁基体发生互扩散和形成冶金结合需要较高温度(通常在400℃以上),这可能会使镁合金基体的组织和性能发生一定程度的变化,且温度高耗能大。　　为了达到降低镁铝互扩散温度和提高涂层对基体的保护作用,本论文创造性地将高能喷丸表面纳米技术有机地与镁合金表面热喷涂铝涂层相结合,提出了两种不同的新工艺,即镁合金先进行表面纳米化处理,再热喷涂铝涂层(简称Mg/SNC/Al)和镁合金先热喷涂铝涂层,再进行表面纳米化处理(简称Mg/Al/SNC),对涉及高能喷丸表面纳米化对镁合金组织结构和性能的影响、表面纳米化镁合金的表面层纳米晶的热稳定性和表面纳米化对镁铝互扩散的影响及扩散层形貌观察与成分分析等方面进行了开创性地研究,建立了表面纳米化后镁铝互扩散的三种模型。　　论文选用AZ91D压铸镁合金和AZ31B变形镁合金作为实验材料。采用OLYMPUS SZ61TR体视显微镜、OLYMPUS GX51F金相显微镜( OP)、JSM-6460LV扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDX)、SUPRATM55场发射扫描电子显微镜(FESEM)对高能喷丸表面纳米化镁合金的表面和截面形貌以及扩散界面进行了观察和分析。通过Riguta D/Max-RC X射线衍射(XRD)对表面纳米化镁合金在热处理前后的表面层晶粒尺寸和相结构进行了分析,首次提出了当量微观应变和当量晶粒尺寸的概念并进行了相应的计算,巧妙地解决了XRD计算误差的问题。采用HX-1000显微硬度计和电化学系统分别对表面纳米化镁合金在热扩散前后的显微硬度和动电位极化曲线进行了测试。　　研究结果表明:高能喷丸使镁合金表面层晶粒尺寸细化至纳米量级,实现了镁合金的表面纳米化,但是两种镁合金的表面纳米化机理存在差别。表面纳米化可以显著提高镁合金表面层的显微硬度和腐蚀电流密度。当热处理温度超过100℃,镁合金的表面层纳米晶才开始逐渐长大,低于100℃时只发生回复,仅消除表面层的微观应变。纳米晶的长大速度随着热处理温度的提高而迅速增大,表面层的显微硬度和腐蚀电流密度随着纳米晶的长大而不断降低。经过表面纳米化后,镁合金与铝涂层的互扩散温度大大降低,在320℃,2h热处理条件下就可以形成明显的扩散层,扩散层中镁铝元素比例在6:4左右,与镁合金中第二相Mg17Al12的比例相近。

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一 绪 论

1.1 镁及镁合金

1.2 表面纳米化

1.3 本课题的研究背景、意义和创新点

二 试验方案设计

2.1 研究思路和主要研究内容

2.2 试验材料

2.3 高能喷丸表面纳米化试验

2.4氧气乙炔火焰热喷涂铝涂层制备试验

2.5 微观组织观察和结构分析方法

2.6 性能表征方法

2.7保温热处理与扩散试验

三 表面纳米化镁合金的组织性能研究

3.1表面和截面形貌观察

3.2 显微结构分析

3.3 显微硬度测量

3.4腐蚀性能研究

3.5 本章小结

四 镁合金表面纳米结构层的热稳定性研究

4.1 表面纳米晶与热处理温度和时间的关系

4.2腐蚀性能与热处理温度和时间的关系

4.3 显微硬度与热处理温度和时间的关系

4.4 本章小结

五 表面纳米化对镁合金喷铝涂层热扩散的影响

5.1 扩散前预处理影响研究

5.2扩散前后界面观察与分析

5.3扩散层形成数量与扩散温度和时间的关系

5.4 表面纳米化对喷铝扩散涂层耐蚀性的影响

5.5 本章小结

六 讨 论

6.1镁合金表面纳米化机理

6.2 表面纳米化对镁铝扩散影响的机理

6.3 本章小结

七 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果

在学期间尚未发表但已被录用的学术论文