镁合金（AZ91D）激光合金化与激光熔覆的研究

摘要

本文研究以AZ91D镁合金为试验材料,采用低熔点Al-Si共晶合金粉末在镁合金表面进行同步送粉激光合金化和预置式二步激光熔覆,以期提高镁合金表面耐蚀性能。同时在镁合金表面探索性的进行Ni-Cr-B-Si粉末材料的激光改性试验,研究镁合金表面高熔点材料激光加工特点与可行性。 研究表明,Al-Si合金化层在固定的激光功率下,随扫描速度的增加,其熔宽、熔高、熔深呈下降趋势；在一定的扫描速度下,熔宽和熔深随激光功率的增加而增加,而熔高却呈下降趋势。合金化层组织出α-Mg和Al固溶体基体与弥散分布其间的Mg2Si、Al12Mg17和Al3Mg2金属间化合物(IMC)相组成。Al-Si合金化层的硬度分布均匀且明显高于AZ91D母材。Al-Si合金化层相对于AZ91D具有高极化阻力和低腐蚀率。极化腐蚀优先发生于α-Mg和Al固溶体基体中和基体与IMC相的界面部位。对于Al-Si合金材料激光熔覆,熔覆层与镁合金母材结合方式受激光工艺参数影响明显。在最佳激光参数范围内可实现熔覆层和母材的冶金结合,且母材中的镁对熔覆层底部有极小的稀释渗透。熔覆层由树枝晶状的α-Al和(α-Al+β-Si)共晶基体组织组成。Al-Si熔覆层硬度略高于AZ91D母材。Al-Si熔覆层相对于AZ91D具有高极化阻力和较低的腐蚀率。熔覆层极化腐蚀主要发生在作为阳极的α-Al枝晶上。盐雾试验定性的验证了阳极极化试验结果,具有最低腐蚀电流的Al-Si合金化层最耐盐雾腐蚀。 Ni-Cr-B-Si材料激光合金化改性层组织呈层状结构,合金涂层与其下的组织硬度差异明显。不均匀的涂层结构使得涂层具有高于镁合金的腐蚀电势但却表现出高于镁合金的腐蚀电流。采用Ni-Cr-B-Si粉末材料在镁合会表面的激光熔覆在相当的功率范围内,Ni-Cr-B-Si熔覆层呈现未熔透、过熔两种形式,并伴有大量气孔。主要原因在于该合金粉末的熔点和基体镁合会相差较大,激光作用时镁合金产生强烈蒸发,致使在镁合金表面直接高熔点材料改性激光加工性下降。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1镁及镁合金的特点和应用

1.1.1镁及镁合金的基本性质

1.1.2镁合金的发展与应用

1.2镁及镁合金的腐蚀特性

1.2.1镁的腐蚀倾向

1.2.2镁及镁合金的腐蚀特点

1.2.3腐蚀评价方法

1.3镁合金表面防腐蚀方法

1.3.1镁合金表面处理方法

1.3.2镁合金激光表而处理进展与现状

1.4本课题研究的目的和主要内容

第2章试验材料与方法

2.1试验材料

2.2试验设备与方法

2.2.1激光试验装置

2.2.2激光合金化

2.2.3激光熔覆

2.3材料分析表征与检测方法

2.4腐蚀性能试验

2.4.1电化学阳极极化方法

2.4.2盐雾腐蚀方法

第3章镁合金激光合金化Al-Si涂层

3.1激光参数对合金化层形貌的影响

3.2合金化层组织分析

3.3 XRD物相分析

3.4 Al-Si合金化涂层显微硬度分布

3.5腐蚀性能评价

3.5.1阳极极化腐蚀检测

3.5.2腐蚀形貌分析

3.6本章小结

第4章镁合金激光熔覆Al-Si涂层

4.1激光参数对Al-Si熔覆层影响

4.2 Al-Si熔覆层组织分析

4.2.1原始喷涂层

4.2.2激光熔覆层

4.2.3激光熔覆搭接区

4.3 XRD物相分析

4.4 Al-Si熔覆层显微硬度

4.5腐蚀性能检测与评价

4.5.1阳极极化试验

4.5.2极化腐蚀形貌

4.5.3盐雾腐蚀试验

4.6本章小结

第5章镁合金表面高熔点Ni-Cr-B-Si激光改性探索

5.1 Ni-Cr-B-Si激光送粉合金化

5.1.1激光参数对合金化层形貌的研究

5.1.2涂层显微硬度分布

5.1.3阳极极化腐蚀检测

5.2 Ni-Cr-B-Si激光熔覆

5.3本章小结

结论

进一步研究建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢