本文關(guān)鍵詞： 強(qiáng)流脈沖電子束 AZ91鎂合金 表面改性 納米復(fù)合組織 耐腐蝕性能　出處：《大連理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鎂合金作為最輕的商用金屬材料,具有密度低、比強(qiáng)度高和優(yōu)良的阻尼減震、電磁屏蔽和鑄造成型等性能,受到航空、汽車和電子等行業(yè)的廣泛關(guān)注,被認(rèn)為是鋁合金的潛在替代者,然而現(xiàn)有鎂合金較差的耐腐蝕和耐磨損能力使其應(yīng)用受到了嚴(yán)重制約。強(qiáng)流脈沖電子束是近年來新興的材料表面改性技術(shù),它是利用電子束短脈沖、高能密沉積引發(fā)材料表層的快速熔凝與熱應(yīng)力沖擊作用,實現(xiàn)組織細(xì)化和成分均勻化效應(yīng),進(jìn)而改善材料表面的物理化學(xué)性能。已有研究表明,強(qiáng)流脈沖電子束表面改性可以提高鎂合金的表面性能,然而對于不同強(qiáng)流脈沖電子束處理條件下的顯微組織演變特點,以及相應(yīng)的表面性能變化機(jī)制仍有待深入研究。本文選用工業(yè)廣泛使用的AZ91鎂合金作為實驗材料(包括鑄造態(tài)和軋制態(tài)原始組織),通過調(diào)整現(xiàn)有強(qiáng)流脈沖電子束工作參數(shù),包括加速電壓和脈沖處理次數(shù),開展表面改性系列實驗,系統(tǒng)分析AZ91鎂合金樣品表層顯微組織、相結(jié)構(gòu)、成分分布和表面性能演變規(guī)律,得到主要研究結(jié)果如下：AZ91鑄造鎂合金經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束表面改性后,鎂合金表面首先出現(xiàn)凝固起伏形貌,并伴有大量燒蝕坑的產(chǎn)生,隨著轟擊脈沖次數(shù)的增加,改性表面逐漸平滑,直至燒蝕坑被完全修復(fù)。使用27 kV時,8次脈沖可使表面大部分燒蝕坑得到修復(fù),而23.4 kV改性時,表面燒蝕現(xiàn)象總體較弱,3次脈沖后表面即趨于平滑。強(qiáng)流脈沖電子束改性后,鎂合金表層晶粒顯著細(xì)化,由原始150～200μm的樹枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)?0～70 nm的等軸納米組織,改性表層發(fā)生亞穩(wěn)相變,α-Mg轉(zhuǎn)變?yōu)楹珹l較高的六方亞穩(wěn)相。27 kV-15次脈沖處理后,生成鎂合金中含Al量最高的六方亞穩(wěn)相Mg3.1Al0.9,而23.4 kV-30次脈沖轟擊后,鎂合金表面主要由α-Mg與六方亞穩(wěn)相共同組成。AZ91軋制鎂合金經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束表面改性后,鎂合金表面同時出現(xiàn)燒蝕與熔坑噴發(fā)作用。使用較少脈沖時,表面燒蝕坑主要集中在晶界處,熔坑噴發(fā)現(xiàn)象集中在α-Mg晶粒內(nèi)部,繼續(xù)增加脈沖次數(shù),表面燒蝕坑呈現(xiàn)高密度分布,熔坑數(shù)量則明顯減少且尺寸急劇增大。對AZ91軋制鎂合金進(jìn)行固溶處理后,表面燒蝕坑密度顯著降低。強(qiáng)流脈沖電子束改性后,AZ91軋制鎂合金亦發(fā)生明顯晶粒細(xì)化,由20～40 μm的等軸晶轉(zhuǎn)變?yōu)椤?0 nm的納米晶體。與AZ91鑄造鎂合金不同,軋制鎂合金未發(fā)生亞穩(wěn)相變,只有在引入固溶處理后,使用27 kV時,15次脈沖時才發(fā)生亞穩(wěn)相變,鎂合金表面主要由α-Mg與六方亞穩(wěn)相共同組成。強(qiáng)流脈沖電子束表面改性過程中,AZ91鑄造鎂合金表面Al元素增加主要通過表層選擇蒸發(fā)與Mg17Al12相熔解擴(kuò)散實現(xiàn)。表面燒蝕對Al元素增加帶來不利影響,8次脈沖轟擊后表面燒蝕減弱,鎂合金表面Al元素快速增加,形成連續(xù)的Al元素富集層,開始觸發(fā)亞穩(wěn)相變,而在27 kV-15次脈沖處理后,表層A1元素富集更為明顯且分布均勻,形成了由Mg31Alo 9亞穩(wěn)相與網(wǎng)狀Mg17Al12相組成的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)。使用23.4 kV時,由于選擇蒸發(fā)效應(yīng)較弱,30次脈沖處理表面只能形成由六方亞穩(wěn)相、α-Mg與Mg17Al12相組成的網(wǎng)狀復(fù)合納米結(jié)構(gòu)。對于AZ91軋制鎂合金,表面A1元素增加主要通過選擇蒸發(fā)實現(xiàn)。由于無法有效控制表面燒蝕,經(jīng)過30次脈沖處理后,Al元素含量稍有增加,表面生成α-Mg與Mg17Al12相組成的復(fù)合納米結(jié)構(gòu),而在引入固溶處理后,燒蝕得到有效控制,表面形成由α-Mg、六方亞穩(wěn)相與Mg17Al12相組成的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)。強(qiáng)流脈沖電子束表面改性可有效提高鎂合金的摩擦磨損性能,AZ91鑄造鎂合金的磨損速率由原始0.01126 mm3/m降到0.00173 mm3/m,僅為改性前的16%。AZ91軋制鎂合金的摩擦磨損性能亦得到明顯提升,磨損速率降為改性前的47%。強(qiáng)流脈沖電子束表面改性可有效提高鎂合金耐腐蝕性能,電化學(xué)測試表明,AZ91鑄造鎂合金的陰極腐蝕電流降低約2個數(shù)量級,而AZ91軋制鎂合金的陰極腐蝕電流降幅也超過一個數(shù)量級。浸蝕實驗顯示,強(qiáng)流脈沖電子束制備的表面復(fù)合納米結(jié)構(gòu),可以通過壓縮第二相間隙空間抑制周圍基相的腐蝕擴(kuò)展,將點蝕控制在萌生階段,在3.5wt.%NaCl溶液中浸蝕72小時后,27 kV-15次處理鑄造鎂合金表面大部分保持完好,僅發(fā)生局部點蝕,而原始鑄造鎂合金則發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕失效。
[Abstract]:The microstructure , phase structure , composition distribution and surface property evolution of AZ91 magnesium alloy are studied . The surface ablation of AZ91 - cast magnesium alloy has been carried out by selective evaporation . The surface ablation of AZ91 - cast magnesium alloy is obviously improved . The surface modification of AZ91 - cast magnesium alloy is obviously improved . The surface modification of AZ91 - cast magnesium alloy is obviously improved . The majority of the surface of the cast magnesium alloy treated by 27 kV - 15 treatments remained intact , only local pitting occurred , while the original cast magnesium alloy had serious corrosion failure .

【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG178

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