【摘要】：鎂合金因密度小、阻尼強度高等優(yōu)點被譽為21世紀最具發(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、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-Ni,MgNi2,AlNi3,Mg2Si,FeNi3,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A1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,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A1203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。腐蝕電位達到-0.997V,高于基材0.521V,腐蝕電流密度為0.437×1-4A·cm-2,約為基材的1/30。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。Al2O3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。當添加5wt.%Al2O3時,熔覆層內(nèi)Al2O3分布比較均勻彌散,且有團絮狀燒結(jié)態(tài)Al2O3出現(xiàn),對耐蝕性的提高有積極作用。
[Abstract]:The microstructure and corrosion resistance of Al - Si / Ni35 and Al - Si / ( Ni35 + xwt . % Al _ 2O _ 3 ) laser cladding layers were investigated by SEM , XRD and EDS . It is found that Al - Si / Ni35 coating can improve the corrosion resistance of Mg - Al - Al - Si / Ni35 alloy . The corrosion resistance of Al - Si / Ni35 is higher than that of Ni - based alloy . When 5 wt % Al _ 2O _ 3 was added , the distribution of Al _ 2O _ 3 in the cladding layer was uniformly dispersed , and the presence of Al _ 2O _ 3 in the sintered state was observed , which had a positive effect on the improvement of corrosion resistance .
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.4

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本文編號：2122726