梯度多孔Mg-Zn合金的制备及其表面改性研究

发布时间：2017-03-30 15:05

  本文关键词：梯度多孔Mg-Zn合金的制备及其表面改性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文采用粉末冶金法以碳酸氢铵为造孔剂,Mg粉和Zn粉为原料,制备了梯度多孔Mg-Zn合金。研究了造孔剂分布、Mg粉粒度、压制压力、烧结温度以及Zn含量对梯度多孔Mg-Zn合金孔隙特性、烧结收缩率、抗压强度和显微硬度的影响。对梯度多孔Mg-Zn合金的抗压行为进行了有限元模拟分析。观察了不同Zn含量的梯度多孔Mg-Zn合金孔壁的显微组织并分析了其物相组成。研究了Zn元素的添加对梯度多孔Mg-Zn合金耐腐蚀性能的影响。在硅酸钠系电解液中对烧结后的梯度多孔Mg-Zn合金进行了微弧氧化表面改性处理,研究了造孔剂分布、氧化电流密度、氧化时间以及Zn含量对微弧氧化过程中的电压值、氧化膜层的显微组织和厚度的影响,分析了微弧氧化膜层的物相组成并测试了膜层的耐腐蚀性能。研究结果表明:随着中间层造孔剂含量的增加,梯度多孔Mg-Zn合金的孔隙度增加,烧结收缩率降低;随着Mg粉目数、压制压力、烧结温度或Zn含量增加,烧结产物孔隙度降低,烧结收缩率升高。随着Zn含量的增加,梯度多孔Mg-Zn合金的抗压强度先增加而后降低。当造孔剂分布为20wt%-10wt%-20wt%,烧结温度为600℃,压制压力为80MPa,Zn含量为3wt%时,烧结产物的横向抗压强度为30.8MPa,弹性模量为1.14GPa;纵向抗压强度为41.2MPa,弹性模量为1.71GPa。通过ANSYS模拟分析得出了在横向压缩和纵向压缩两种方式下梯度多孔Mg-Zn合金的变形特点和剪切应力场分布。SEM分析表明在梯度多孔Mg基体中加入Zn元素后,孔壁的晶粒细化,致密度增加。XRD和EDS分析表明Zn含量为3wt%的梯度多孔Mg-Zn合金由单相α-Mg固溶体组成。当Zn含量为4wt%时,合金由α-Mg和MgZn2两相组成。耐腐蚀性分析表明,在梯度多孔Mg基体中加入Zn元素后,梯度多孔Mg-Zn合金的耐腐蚀性增加。随着中间层造孔剂含量的增加,初始电压V1、击穿电压V2和稳定电压V3都随之增加;随着氧化电流密度和氧化时间的增加,初始电压V1、击穿电压V2和稳定电压V3都随之增加,并且表面氧化膜层的厚度也随之增加;随着Zn含量的增加,初始电压V1、击穿电压V2和稳定电压V3均先减小而后略有上升,表面氧化膜厚度先减小而后增加。梯度多孔Mg-3Zn合金经9.5A/dm2氧化电流密度微弧氧化处理2min后,表面形成的氧化膜质量最好,孔隙均匀分布,膜层厚度为47.5μm。XRD和EDS分析表明微弧氧化处理后试样表面膜层由MgO和Mg2SiO4两相组成。耐腐蚀性能测试表明未经微弧氧化处理的梯度多孔Mg失重比较明显,析氢量较大,溶液pH值变化较快。梯度多孔Mg-Zn合金经微弧氧化处理后失重和析氢量均比未经微弧氧化样品少,同时溶液pH值变化较慢,这说明微弧氧化后梯度多孔Mg-Zn合金的耐腐蚀性能有所提高,其中梯度多孔Mg-3Zn合金的耐腐蚀性能最佳。
【关键词】：粉末冶金 梯度多孔Mg-Zn合金 孔隙特性 微弧氧化 力学性能 耐蚀性
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF125;TG178
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 镁及镁合金的特性10-12
• 1.3 医用多孔镁及镁合金的特性12-13
• 1.4 医用多孔镁及镁合金的制备工艺13-18
• 1.4.1 真空渗流铸造法13-14
• 1.4.2 熔模铸造法14-15
• 1.4.3 定向凝固法15-16
• 1.4.4 粉末冶金法16-18
• 1.5 医用多孔镁及镁合金的应用现状和发展前景18
• 1.6 医用多孔镁及镁合金表面改性研究18-21
• 1.6.1 稀土转化膜法18-19
• 1.6.2 等离子喷涂法19-20
• 1.6.3 仿生矿化法20
• 1.6.4 阳极氧化及微弧氧化法20-21
• 1.7 微弧氧化简介21-23
• 1.7.1 微弧氧化工艺的特点21-22
• 1.7.2 微弧氧化工艺的发展历程22
• 1.7.3 微弧氧化工艺存在的问题及发展方向22-23
• 1.8 本课题研究内容与意义23-24
• 2 实验内容与方法24-32
• 2.1 实验材料与设备24-25
• 2.2 实验方法25-28
• 2.2.1 梯度多孔Mg-Zn合金的制备25-27
• 2.2.2 梯度多孔Mg-Zn合金的微弧氧化表面改性处理27-28
• 2.3 性能测试28-32
• 2.3.1 孔隙度的测量28
• 2.3.2 烧结收缩率的测量28
• 2.3.3 X射线衍射分析28-29
• 2.3.4 显微组织观察及能谱分析29
• 2.3.5 压缩性能测试29
• 2.3.6 显微硬度测试29
• 2.3.7 氧化膜层厚度测量29
• 2.3.8 氧化膜层耐腐蚀性能测试29-32
• 3 实验结果与分析32-62
• 3.1 孔隙度和烧结收缩率分析32-35
• 3.1.1 造孔剂含量对梯度多孔Mg-Zn合金孔隙度和烧结收缩率的影响32
• 3.1.2 Mg粉粒度对梯度多孔Mg-Zn合金孔隙度和烧结收缩率的影响32-33
• 3.1.3 压制压力对梯度多孔Mg-Zn合金孔隙度和烧结收缩率的影响33
• 3.1.4 烧结温度对梯度多孔Mg-Zn合金孔隙度和烧结收缩率的影响33-34
• 3.1.5 Zn含量对梯度多孔Mg-Zn合金孔隙度和烧结收缩率的影响34-35
• 3.2 显微组织观察35-37
• 3.3 物相分析37-38
• 3.4 压缩性能分析38-42
• 3.4.1 梯度多孔Mg-Zn合金压缩应力-应变曲线38-39
• 3.4.2 造孔剂含量对梯度多孔Mg-Zn合金压缩性能的影响39-40
• 3.4.3 Zn含量对梯度多孔Mg-Zn合金压缩性能的影响40-41
• 3.4.4 烧结温度对梯度多孔Mg-Zn合金压缩性能的影响41-42
• 3.5 梯度多孔Mg-Zn合金ANSYS有限元模型建立与分析42-47
• 3.5.1 梯度多孔模型孔隙结构的建立42
• 3.5.2 梯度多孔结构模型压缩后的变形特点分析42-44
• 3.5.3 梯度多孔结构模型受压时裂纹产生与扩展机理分析44-47
• 3.6 显微硬度测试47
• 3.7 Zn含量对梯度多孔Mg-Zn合金耐腐蚀性能的影响47-49
• 3.8 梯度多孔Mg-Zn合金微弧氧化改性研究49-62
• 3.8.1 梯度多孔Mg-Zn合金微弧氧化过程中的电压-时间曲线分析49-51
• 3.8.2 梯度多孔Mg-Zn合金微弧氧化膜层特性分析51-57
• 3.8.3 梯度多孔Mg-Zn合金微弧氧化膜层物相组成分析57-58
• 3.8.4 梯度多孔Mg-Zn合金微弧氧化机理分析58
• 3.8.5 微弧氧化前后梯度多孔Mg-Zn合金耐腐蚀性能研究58-62
• 4 结论62-63
• 参考文献63-66
• 致谢66

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本文编号：277399