本文關(guān)鍵詞：AZ91鎂合金電火花沉積涂層及腐蝕行為研究

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【摘要】：鎂合金作為一種密度低、比強度、比剛度高的工程結(jié)構(gòu)材料,已經(jīng)廣泛的應用于航天航空、軍工、電子、汽車等領(lǐng)域;但是由于鎂及鎂合金的電極電位較低,在空氣或者腐蝕物存在環(huán)境中極易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象,這些極大限制了鎂合金的推廣和應用。本文在AZ91D鎂合金表面電火花沉積AZ81合金電極絲材,并利用掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDS)等研究手段分析了電火花沉積電壓、沉積頻率和占空比等工藝參數(shù)對改性層截面形貌、涂層厚度、表面粗糙度的影響,并得出最佳電火花沉積工藝;同時,在AZ91D鎂合金表面電火花沉積A356合金、AZ81-La合金涂層及對其表面進行鎢極重熔改性處理,進行12、24、36小時不同時間段的3.5%Na Cl溶液浸泡試驗和電化學極化曲線測試,進而探討電火花沉積鋁涂層、AZ81-La涂層及鎢極重熔改性層對基材耐腐蝕性行為的影響,并對各涂層的耐腐蝕性機理進行分析;結(jié)合SEM、EDS、XRD衍射分析儀對AZ81-La元素分布、相結(jié)構(gòu)、顯微組織對涂層耐腐蝕性行為進行分析和研究。得出以下結(jié)論:①當電火花沉積頻率、占空比一定,沉積電壓從25V增大到45V時,脈沖放電能量增加,瞬間釋放的能量加劇,電極絲材及母材的熔化量加大,涂層的厚度隨工作電壓的提高而變厚,此外,涂層內(nèi)部也出現(xiàn)大量孔洞、裂紋等缺陷;涂層致密度、均勻性呈現(xiàn)先好轉(zhuǎn)再逐步變差的趨勢,沉積電壓為30V時涂層表面粗糙度值最低。②當電火花沉積電壓、占空比一定,沉積頻率從150Hz增大至350Hz時,單位時間內(nèi)放電次數(shù)增多,但是單次放電持續(xù)時間減少,能量降低,工作電極和母材熔化量降低,熔滴之間融合相對低頻率表現(xiàn)良好,使得涂層表現(xiàn)出較小的粗糙度值;熔化量的減少也使得涂層厚度由190um逐漸減小到120um左右;同時,熔化速率和沉積速率的下降讓外界空氣容易的卷入涂層內(nèi)部,造成涂層表面致密性、均勻性有所下降,內(nèi)部孔洞缺陷相對增多。③當電火花沉積電壓、頻率一定,占空比為40%時,涂層內(nèi)部充有較多微小孔洞、裂紋缺陷,涂層厚度較薄、粗糙度較大,當占空比為50%,電極、母材的熔化量適中,涂層粗糙度較小,厚度有所提高,涂層變得致密、均勻;當占空比達到55%、60%時,放電能量加劇,電極及母材熔化量增多,金屬液流動性加快,形成具有一定規(guī)律的方向性的表面,涂層呈粗糙度較大的灰色橘皮狀。④AZ91D基材在浸泡實驗中,由于鋁含量相對較低的α-Mg相與鋁含量較高的β-Mg17Al12相比表現(xiàn)出較強的活潑性,故腐蝕優(yōu)先發(fā)生在貧Al區(qū)α-Mg相內(nèi),之后逐漸向周圍擴展,并終止于彎曲狀的鋁含量高的β-Mg17Al12相。電火花沉積鋁涂層經(jīng)過12、24、36小時不同時間段浸泡實驗結(jié)果表明,氯離子很容易被吸附到裂紋縫隙內(nèi)部,并因腐蝕裂紋內(nèi)-外存在電極電位差別的激活態(tài)-鈍化態(tài)微小腐蝕電池最終導致了巨大的腐蝕環(huán)形貌。⑤鎂合金鎢極重熔改性層經(jīng)過12、24、36小時的浸泡實驗后,涂層表面從腐蝕坑、孔洞較小的保持原有整體涂層形貌逐漸演變?yōu)榫哂形⑿〉氖杷啥嗫椎母g形貌;而AZ81-La涂層經(jīng)過不同時間段的腐蝕后,其表面形貌變化不大,腐蝕表面依舊平整,受腐蝕區(qū)域面積較小。⑥電化學極化曲線測試結(jié)果顯示,鎢極重熔改性層、AZ81-La涂層的自腐蝕電位Ecorr分別為-1.49 V,-1.33V,與基體相比,往正方向移動了120m V、280m V。AZ81-La涂層、鎢極重熔改性層自腐蝕電流密度i=7.8×10-6 A·cm-2、i=3.2×10-5 A·cm-2較基材相比分別降低了約兩個、一個數(shù)量級,二者均對合金耐腐蝕有一定程度的提高。⑦電火花沉積AZ81-La涂層中,La元素主要集中于第二相,涂層中Al-La-Mn(Al8La Mn4)、Al11La3耐腐蝕相出現(xiàn)與增多,提高了母材基體在Na Cl溶液中的自腐蝕電位;La元素的加入使涂層中細小片狀的β相增多,增加了腐蝕阻礙作用,另外,板塊結(jié)構(gòu)狀的Al-La-Mn(Al8La Mn4)相和扎釘狀Al11La3相結(jié)構(gòu)不易發(fā)生脫落能有效的減少腐蝕發(fā)生的可能性。⑧顯微硬度測試結(jié)果表明:電火花沉積涂層的硬度值明顯高于AZ91D鎂合金基材,AZ81-La涂層硬度值達到181.2Hv,鎢極重熔改性層和鋁涂層硬度值分別達到104.8Hv和150.4Hv。
【關(guān)鍵詞】：涂層 電火花沉積 鎂合金 耐蝕性 顯微組織
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-11
• 1 緒論11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 鎂合金及其腐蝕行為11-12
• 1.3 鎂合金的耐蝕途徑12-16
• 1.3.1 熱噴涂技術(shù)12
• 1.3.2 激光熔敷技術(shù)12-13
• 1.3.3 化學鍍13
• 1.3.4 表面固態(tài)擴滲13-14
• 1.3.5 微弧氧化14-15
• 1.3.6 熱浸鍍15-16
• 1.4 電火花沉積技術(shù)16-18
• 1.4.1 電火花沉積技術(shù)機理16
• 1.4.2 電火花沉積技術(shù)特點16-17
• 1.4.3 電火花沉積技術(shù)的應用17-18
• 1.5 研究內(nèi)容及方法18-20
• 2 AZ91 鎂合金表面電火花沉積工藝的研究20-40
• 2.1 實驗材料20-21
• 2.1.1 基體材料20-21
• 2.1.2 電極材料21
• 2.2 實驗所用設(shè)備21-22
• 2.3 樣品的表征22
• 2.3.1 掃描電鏡和能譜分析22
• 2.4 電火花沉積工藝及參數(shù)確定22-23
• 2.5 影響電火花改性層截面形貌及厚度的因素23-31
• 2.5.1 沉積電壓對改性層截面形貌及厚度的影響23-26
• 2.5.2 沉積頻率對涂層截面形貌及厚度的影響26-28
• 2.5.3 占空比對涂層截面形貌及厚度的影響28-31
• 2.6 影響電火花沉積涂層表面粗糙度的因素31-37
• 2.6.1 沉積電壓對涂層表面粗糙度的影響31-34
• 2.6.2 沉積頻率對涂層表面粗糙度的影響34-36
• 2.6.3 占空比對涂層表面粗糙度的影響36-37
• 2.7 沉積層截面元素分布37-39
• 2.8 本章小結(jié)39-40
• 3 電火花沉積層腐蝕行為及腐蝕機理分析40-55
• 3.1 實驗材料與工藝40-41
• 3.1.1 實驗材料40
• 3.1.2 實驗工藝過程40
• 3.1.3 涂層浸泡實驗測試40-41
• 3.1.4 涂層電化學行為測試41
• 3.2 電火花沉積改性層及AZ91D鎂合金自腐蝕形貌41-45
• 3.2.1 沉積改性層及鎂合金浸泡試驗 12h后腐蝕形貌41-42
• 3.2.2 沉積改性層及鎂合金浸泡試驗 24h后腐蝕形貌42-44
• 3.2.3 沉積改性層及鎂合金浸泡試驗 36h后腐蝕形貌44-45
• 3.3 電火花沉積改性層及AZ91D鎂合金腐蝕電化學行為45-47
• 3.4 電火花沉積改性層及鎂合金腐蝕性機理分析47-54
• 3.4.1 AZ91D鎂合金腐蝕性機理分析47-48
• 3.4.2 電火花改性沉積鋁涂層腐蝕性機理分析48-49
• 3.4.3 電火花鎢極重熔改性層腐蝕性機理分析49-50
• 3.4.4 電火花沉積AZ81-La涂層腐蝕性機理分析50-51
• 3.4.5 電火花沉積AZ81-La電極絲材元素及XRD圖譜分析51-53
• 3.4.6 電火花沉積AZ81-La涂層Al-La和Al-La-Mn相結(jié)構(gòu)對腐蝕的影響53-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 4 電火花沉積改性涂層硬度測試與分析55-57
• 4.1 顯微硬度的測試55
• 4.2 晶粒尺寸對合金硬度的影響55
• 4.3 涂層的顯微硬度值及機理分析55-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 5 結(jié)論與展望57-59
• 5.1 結(jié)論57-58
• 5.2 展望58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻60-65
• 附錄 A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄：65

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2 李e，

本文編號：714302