AZ91D镁合金表面Ni基激光熔覆层的微观组织与耐蚀性能研究

发布时间：2018-07-14 19:35

【摘要】：镁合金因密度小、阻尼强度高等优点被誉为21世纪最具发展前景的绿色工程结构材料,但其化学活性大、耐蚀性差,严重影响了镁合金零部件的使用寿命和应用领域。镁合金熔点低、对激光吸收率低,这在一定程度上使镁合金表面激光熔覆技术变得复杂而困难。目前,科研工作者正从设备改进、熔覆材料选择和参数优化等方面对其开展研究。本文中,主要分析了 AZ91D镁合金表面Ni35,Al-Si/Ni35,Al-Si/(Ni35+xwt.%Al2O3)激光熔覆层的微观组织与耐蚀性能;研究了扫描速度对熔池凝固行为、熔覆层组织与耐蚀性能的影响规律。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)等对熔覆层的微观组织、物相组成、成分进行测试分析,用电化学工作站对熔覆层及基材的耐蚀性能进行表征,揭示熔覆层耐蚀性改善机理。研究表明,熔覆Ni35粉末时可获得组织细小、耐蚀性好,以γ-Ni为主体,Ni3B,M23C6,MgNi2多种物相共存的熔覆层。熔覆层所含物相主要为Ni35粉末的原始物相,与基材反应较少。结合区出现基材含量较高和良好过渡两种情况,结合好的区域出现白亮结合带,上部为树枝晶+枝晶间共晶组织的特征。γ-Ni树枝晶、金属间化合物的弥散强化和Cr,Fe,Si等元素的固溶强化对耐蚀性的提高起到了积极作用。Al-Si共晶合金作过渡层时,可以实现基材和Ni35熔覆层的良好结合。结果显示,激光处理后的试样自下而上依次分为:基材、Al-Si过渡层、熔覆层三个部分。熔覆层中主要含有γ-Ni,MgNi2,AlNi3,Mg2Si,FeNi3,M23C6等物相,说明Ni35粉末与基材和Al-Si共晶合金都发生了反应,有利于实现基材与熔覆层的良好结合。线成分分析结果显示,Al,Si元素主要分布于过渡层中,与Mg结合形成Mg2Si和Mg-Al相。此外位于熔覆层上部的A1元素与Ni结合形成Al-Ni金属间化合物。试验中发现Al-Ni金属间化合物的存在多以Cr的化合物为中心结晶形核,形成花瓣状组织,限制了 Cr在γ-Ni基体中的固溶,使得Cr-以硼化物的形式析出。Cr形成CrB化合物与固溶于γ-Ni基体中相比,对熔覆层耐蚀性能的影响有较大不同,后者对耐蚀性能的提高更为有利。扫描速度影响了熔池存在时间和熔池内热量分布。当P=1500W,v=200mm/min时,熔池存在时间较长,基材稀释较多,得到了含镁量较高、组织稀疏的结合区。v=300mm/min时,基材与熔覆层没有实现冶金结合,特别是当熔覆粉末为Ni35时,该条件下易出现熔覆层脱离基材表面的情况。工艺参数的优化可以调控基材对熔覆层的稀释率,无论熔覆粉末为Ni35还是Al-Si/Ni35,v=250mm/min条件下都获得了微观组织和耐蚀性能最好的熔覆层,该工艺参数也是制备A1203添加熔覆层试验的基础。P=1500W,v=250mm/min,Al-Si/Ni35作预置涂层时,得到了微观组织和耐蚀性能最好的熔覆层。腐蚀电位达到-0.997V,高于基材0.521V,腐蚀电流密度为0.437×1-4A·cm-2,约为基材的1/30。与Ni35单层熔覆层相比,v=200和250mm/min条件下,耐蚀性能也提高了 4-5倍,表明Al-Si/Ni35熔覆层可以较好地改善AZ91D镁合金表面耐蚀性。这与Ni基合金优异的耐蚀性能、熔覆层的显微组织、固溶和弥散强化作用密切相关,也表明Al-Si合金作为过渡层可以将两者很好的结合起来。当Al2O3粉末在熔覆层内均匀分布时,可以较显著地提高熔覆层耐蚀性,但本试验条件下,未能实现其与Ni35金属粉末的均匀混合。Al2O3的激光吸收率高,Al-Si导热性好,导致熔池内热量、成分不均匀性增加,容易引起低熔点物质的挥发并造成Ni35粉末的损失,与相同工艺未添加Al2O3的Al-Si/Ni35熔覆层相比,显微组织不够均匀、耐蚀性能有一定程度的削弱,但与基材相比,耐蚀性得到了提高。添加的Al2O3为1～3wt.%时,熔覆层组织细小,检测到γ-Ni和Al2O3相的存在,但易出现原子富集,成分不够均匀。当添加5wt.%Al2O3时,熔覆层内Al2O3分布比较均匀弥散,且有团絮状烧结态Al2O3出现,对耐蚀性的提高有积极作用。
[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 .
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4

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本文编号：2122726