Mg-Zn及Mg-Al合金表面激光熔覆层的组织与性能研究

发布时间：2017-10-17 21:36

  本文关键词：Mg-Zn及Mg-Al合金表面激光熔覆层的组织与性能研究

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【摘要】：镁合金由于其自身优异的物理化学和力学性能,而被广泛的应用于航空航天、汽车、电子、医疗等领域,被誉为“21世纪绿色工程材料”。然而镁合金较低的硬度和电极电位导致其耐磨性和耐蚀性较差。为了使镁合金得到充分的利用,人们已经做了大量的改性研究来提高它们的耐磨性和耐腐蚀性。本文选用Mg6Zn1Ca和AZ31作为研究对象,利用激光表面改性技术对这两种合金进行了改性研究,以期达到提高其硬度和耐腐蚀性的目的。Mg-Zn-Ca合金是一种可降解的生物医用材料,本文对Mg6Zn1Ca进行了激光重熔改性研究。并对改性后样品的组织形貌、截面硬度和耐腐蚀性能进行了表征,结果表明:重熔层主要由Mg、MgZn2和Ca2Mg6Zn3这三种相组成。其中,Ca2Mg6Zn3主要偏聚在晶界处以及以颗粒状的形式在晶内析出;重熔层的平均硬度比基体(55.3HV0.01)提高了10%以上;在Hank's模拟体液中的电化学测试结果表明:重熔样品在低频时的阻抗模值较基体大。激光功率为3500W,扫描速度为6mm/s的样品的腐蚀电流密度最小,为4.78×10-7A/cm2,是基体(2.33×10-6A/cm2)的1/5。对Mg6Zn1Ca合金表面激光熔覆Al-Si涂层的研究发现:熔覆层主要由α-Mg固溶体、β-Mg17Al12、Mg2Si以及Al3Mg2相组成;Mg2Si以树枝晶的形式均匀地分布在熔覆层的中上部,基体与熔覆层之间形成了良好的冶金结合;熔覆层的平均硬度为基体(55.3 HV0.025)的4倍以上;在3.5 wt%的NaCl水溶液中的电化学测试结果表明:熔覆样品在低频时的阻抗模值较基体大。激光功率为2500W,扫描速度为4mm/s的样品的腐蚀电位为-0.129 V,腐蚀电流密度为6.72×10-6A/cm2,是基体(1.7×10-4A/cm2)的1/25。本文还对AZ31合金表面激光熔覆Al-Ni和Al-Ni/TiC复合涂层进行了研究,结果表明:熔覆层主要由α-Mg、β-Mg17Al12和Al3Ni2组成;Al3Ni2以短棒状的形式分布在熔覆层的中上部,TiC颗粒主要分布在熔覆层的中部;样品的平均硬度是基体(54.6HV0.05)的3.5~4倍;在3.5 wt%NaCl水溶液中的电化学测试结果表明:熔覆样品在低频时的阻抗模值较基体大。激光功率为3000W,扫描速度为4mm/s,且涂层中添加有TiC粉末的样品的腐蚀电流密度最低可降为1.96×10-5A/cm2,较基体(1.66×10-4A/cm2)降低了1个数量级。
【关键词】：镁合金 激光熔覆 显微组织 硬度 腐蚀性能
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 镁及镁合金的性质12-13
• 1.2 镁合金的应用13-14
• 1.2.1 镁合金在汽车行业的应用13
• 1.2.2 镁合金在 3C产品中的应用13
• 1.2.3 镁合金在航空航天领域的应用13-14
• 1.3 镁合金表面改性处理14-17
• 1.3.1 化学转化处理14
• 1.3.2 等离子微弧氧化处理14-15
• 1.3.3 高能束表面改性处理15-17
• 1.3.3.1 离子束表面改性处理15-16
• 1.3.3.2 电子束表面改性处理16
• 1.3.3.3 激光束表面改性处理16-17
• 1.4 选题的依据17-19
• 第二章 实验设备19-21
• 2.1 激光熔覆设备19-20
• 2.1.1 激光熔覆加工头19
• 2.1.2 激光熔覆设备的先进性、实用性19-20
• 2.2 X射线衍射仪20
• 2.3 扫描电子显微电镜(SEM)20
• 2.4 显微硬度计20
• 2.5 电化学工作站20-21
• 第三章 Mg6Zn1Ca镁合金表面激光重熔21-34
• 3.1 实验材料及试样制备过程21-22
• 3.2 实验参数的选择22-23
• 3.3 实验结果分析23-33
• 3.3.1 XRD物相分析23-24
• 3.3.2 改性后试样截面显微形貌分析24-29
• 3.3.3 改性后试样截面显微硬度分析29-30
• 3.3.4 改性后试样耐腐蚀性能分析30-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 Mg6Zn1Ca镁合金表面激光熔覆Al-Si涂层34-47
• 4.1 实验材料及试样制备过程34-35
• 4.2 实验参数的选择35-36
• 4.3 实验结果分析36-46
• 4.3.1 XRD物相分析36-37
• 4.3.2 改性后试样截面显微形貌分析37-42
• 4.3.3 改性后试样截面显微硬度分析42-43
• 4.3.4 改性后试样耐腐蚀性能分析43-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 AZ31镁合金表面激光熔覆Al-Ni及Al-Ni/TiC涂层47-63
• 5.1 实验材料及试样制备过程47-48
• 5.2 实验参数的选择48-49
• 5.3 实验结果分析49-62
• 5.3.1 XRD物相分析49-50
• 5.3.2 改性后试样截面显微形貌分析50-58
• 5.3.3 改性后试样截面显微硬度分析58-59
• 5.3.4 改性后试样耐腐蚀性能分析59-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 总结63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果71-72
• 1. 发表的学术论文71-72
• 致谢72-73

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