镁合金搅拌摩擦焊接头表面复合膜层的制备及耐蚀性能研究
发布时间：2020-12-22 07:18
镁合金搅拌摩擦焊在焊接过程中不熔化镁合金,且焊接区域不填加填充材料,与传统熔化焊相比,能够获得高质量的焊缝。然而,镁合金及其焊接件的耐蚀性差,极大地限制了其应用范围。因此,研究镁合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为以及腐蚀防护技术在工程领域具有重要意义。本研究在前期预实验时已获得较佳焊接参数,并以此为基础,采用小型静龙门式搅拌摩擦焊设备完成对AZ31B镁合金的焊接。根据微观组织特点将焊接接头分为热影响区（HAZ）、母材区（BM）、焊核区（SZ）以及热机械影响区（TMSZ）。研究了焊接接头不同区域的腐蚀行为,并初步探讨了腐蚀机理。对搅拌摩擦焊接头进行微弧氧化处理（MAO）,然后在微弧氧化膜层表面进行化学镀（EN）,得到了微弧氧化/化学镀（MAO/EN）复合膜层。通过焊接接头各区域膜层表面及截面的微观组织结构、物相组成的分析、电化学腐蚀实验和浸泡腐蚀实验,研究了微弧氧化膜层和微弧氧化/化学镀复合膜层的腐蚀行为,初步探讨了微弧氧化膜层和复合膜层对焊接接头的腐蚀防护机理。结果表明:（1）AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接头的不同区域微观组织存在差异。母材区的Al-Mn-Fe相为细条状;热影响区平均晶粒尺寸约...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光焊接示意图[24]
吉林大学硕士学位论文4图1.2超声波焊接示意图[26]Figure1.2Schematicdiagramofultrasonicwelding[26]搅拌摩擦焊接（FSW）是一种固态焊接技术，是由英国焊接学会发明的。FSW的示意图如图1.3所示[28]。搅拌摩擦焊（FSW）在金属连接领域具有巨大的应用潜力。当焊接镁或轻质合金时，FSW具有许多优势。在冶金方面，加工过程中不会损失合金元素，即使在长焊缝中变形和收缩率也低。在环境因素方面，FSW不需要保护气体，也无需表面清洁。在安全性方面，焊接过程无辐射和飞溅。在能源方面，FSW所需能量极少，约为激光焊接所需能量的2.5%。在机械特性方面，FSW可得到具有高焊接强度的焊缝[29]。因此FSW领域的相关技术研究与开发一直在迅速发展，有许多公司、研究机构和大学不断的对焊接工艺与原理展开探究。一些研究表明，刀具的几何形状在材料流动中起着至关重要的作用。Padmanaban等[30]研究了工具销轮廓，肩部直径和工具材料对AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接的影响。对于镁合金的FSW来说，设计具有低成本和使用寿命长的工具仍然是研究人员面临的挑战。工具的材料特性（强度、硬度、断裂韧性、热膨胀系数和导热率）会影响焊接质量。除了焊接刀具几何形状外，搅拌摩擦焊过程中两个重要参数：工具转速（rpm）和焊接速度（mm/min）也会对焊接接头质量产生较大的影响。Lee等[31]研究了不同的搅拌摩擦焊接参数对AZ31B-H24镁合金焊接接头力学性能的影响，并指出焊接接头强度随着工具旋转速度的增加和焊接速度的降低而增加。研究人员还研究了FSW接头的微观组织，并对其进行了分区。研究结果证实焊接接头各个区域中的这些微观结构变化对焊后性能具有重要影响[32]。因此，对于研究者而言，控制搅拌摩擦焊过程中镁合金的微观组织演变非常重要。
第1章绪论5图1.3搅拌摩擦焊示意图[28]Figure1.3Schematicdiagramoffrictionstirwelding[28]1.2.2镁合金焊接接头的腐蚀AZ31B镁合金的焊接使用钨极氩弧焊进行，Hamu等[33]研究了焊接后AZ31B镁合金的显微组织和腐蚀行为之间的联系。在焊接过程中，由于焊缝镁合金高的冷却速度和低的固态扩散性，导致微偏析。这种微偏析的结果是，最后要固化的液体具有低共熔成分，并且固化为两相，分别为Mg2Si和Mg32（Al，Zn）49，这些在焊缝中新形成的相，对于α-Mg来说是阴极，构成微电偶会加速焊缝的腐蚀。表面上大量Mg32（Al，Zn）49相会产生更多的微电流位点。在此研究中，电化学测试证实了微观组织的观察结果，焊缝区的腐蚀电流是母材以及热影响区的两倍。对于镁合金钎焊，Wielage等[34]将新开发的Al-Mg-Zn基材料作为镁铝异种金属焊接的填充金属。通过观察分析发现，焊缝区的金属间化合物可以标识为Mg5Zn2Al2，Mg32（Zn，Al）49和MgZn2。在所有情况下，这些金属间化合物都比镁基材料的腐蚀电位要高。与庞大的基础材料相比，镁合金之间的焊接点对连接的零件没有不利影响。由于阴极和阳极之间的面积比很低，因此只能观察到很小的腐蚀电流。接头区域腐蚀无明显差异，通过对比电化学曲线也可以证实，焊缝区与母材区腐蚀电流密度与腐蚀电位几乎没有差别。因此，采用这种填充料焊接的镁合金接头不需要特殊的腐蚀防护。此外，已证明利用搅拌摩擦焊在对镁合金完成焊接后，镁合金焊接接头的耐腐蚀性发生了改变。Kannan等[35]发现利用搅拌摩擦焊对镁合金AZ31完成焊接后，其SCC（StressCorrosionCracking）敏感性高于母材。同时，还发现焊核区比母材具有更高的抗点蚀性能。Song等[36]发现镁合金嵌入铁污染物会造成腐蚀性能下降，而在焊接过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]AZ91D镁合金表面激光熔覆Al-Ti-Ni/C涂层的电化学腐蚀行为[J]. 靳坤,张英乔,张涛,郭杰. 电焊机. 2019(10)
[2]Improving the corrosion properties of magnesium AZ31 alloy GTA weld metal using microarc oxidation process[J]. M.Siva Prasad,M.Ashfaq,N.Kishore Babu,A.Sreekanth,K.Sivaprasad,V.Muthupandi. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(05)
[3]AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头腐蚀行为[J]. 张子阳,王善林,章恒瑜,柯黎明. 中国腐蚀与防护学报. 2017(02)
[4]微合金化对AZ31B镁合金点焊接头组织和耐蚀性能的影响研究[J]. 王刚,尹立孟,姚宗湘,刘成,王金钊,李梦楠. 热加工工艺. 2017(07)
[5]AZ31B镁合金点焊焊接接头化学镀镍磷研究[J]. 邢健,程艳艳. 兵器材料科学与工程. 2015(06)
[6]AZ31镁合金搅拌摩擦焊焊缝电化学性能的分析[J]. 沈长斌,杨野,陈影. 焊接学报. 2014(09)
[7]AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头微弧氧化表面防护研究[J]. 薛文斌,陈廷芳,李永良,邹志锋,刘晓龙,赵衍华. 材料工程. 2012(12)
[8]激光冲击处理对AZ31B镁合金焊接件抗应力腐蚀的影响[J]. 葛茂忠,项建云,张永康. 中国激光. 2012(12)
[9]AZ31与AZ61异种镁合金的TIG焊研究[J]. 彭建,周绸,陶健全,潘复生. 材料工程. 2011(02)
博士论文
[1]镁合金焊接接头腐蚀行为及电弧喷涂防护研究[D]. 徐荣正.大连理工大学 2011
硕士论文
[1]铝、镁合金微弧氧化层表面ZrO2光化学溶胶凝胶封孔层的制备及耐蚀性研究[D]. 李娜.西安理工大学 2019
[2]高性能泡沫镁的制备及其压缩性能研究[D]. 石守泉.吉林大学 2019
[3]Mg/Al异种金属超声波焊接接头组织与力学性能研究[D]. 刘婧.吉林大学 2019
[4]AZ31镁合金焊接接头化学镀膜及其耐腐蚀性研究[D]. 崔建红.太原科技大学 2014
[5]镁合金表面激光合金化SiC-316L复合涂层研究[D]. 郑美珠.华东交通大学 2012
[6]镁合金几种不同焊接接头的腐蚀行为及其防护[D]. 孙转平.吉林大学 2010
[7]镁合金搅拌摩擦焊工艺及焊缝腐蚀防护研究[D]. 陈显君.吉林大学 2009
本文编号：2931368
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光焊接示意图[24]
吉林大学硕士学位论文4图1.2超声波焊接示意图[26]Figure1.2Schematicdiagramofultrasonicwelding[26]搅拌摩擦焊接（FSW）是一种固态焊接技术，是由英国焊接学会发明的。FSW的示意图如图1.3所示[28]。搅拌摩擦焊（FSW）在金属连接领域具有巨大的应用潜力。当焊接镁或轻质合金时，FSW具有许多优势。在冶金方面，加工过程中不会损失合金元素，即使在长焊缝中变形和收缩率也低。在环境因素方面，FSW不需要保护气体，也无需表面清洁。在安全性方面，焊接过程无辐射和飞溅。在能源方面，FSW所需能量极少，约为激光焊接所需能量的2.5%。在机械特性方面，FSW可得到具有高焊接强度的焊缝[29]。因此FSW领域的相关技术研究与开发一直在迅速发展，有许多公司、研究机构和大学不断的对焊接工艺与原理展开探究。一些研究表明，刀具的几何形状在材料流动中起着至关重要的作用。Padmanaban等[30]研究了工具销轮廓，肩部直径和工具材料对AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接的影响。对于镁合金的FSW来说，设计具有低成本和使用寿命长的工具仍然是研究人员面临的挑战。工具的材料特性（强度、硬度、断裂韧性、热膨胀系数和导热率）会影响焊接质量。除了焊接刀具几何形状外，搅拌摩擦焊过程中两个重要参数：工具转速（rpm）和焊接速度（mm/min）也会对焊接接头质量产生较大的影响。Lee等[31]研究了不同的搅拌摩擦焊接参数对AZ31B-H24镁合金焊接接头力学性能的影响，并指出焊接接头强度随着工具旋转速度的增加和焊接速度的降低而增加。研究人员还研究了FSW接头的微观组织，并对其进行了分区。研究结果证实焊接接头各个区域中的这些微观结构变化对焊后性能具有重要影响[32]。因此，对于研究者而言，控制搅拌摩擦焊过程中镁合金的微观组织演变非常重要。
第1章绪论5图1.3搅拌摩擦焊示意图[28]Figure1.3Schematicdiagramoffrictionstirwelding[28]1.2.2镁合金焊接接头的腐蚀AZ31B镁合金的焊接使用钨极氩弧焊进行，Hamu等[33]研究了焊接后AZ31B镁合金的显微组织和腐蚀行为之间的联系。在焊接过程中，由于焊缝镁合金高的冷却速度和低的固态扩散性，导致微偏析。这种微偏析的结果是，最后要固化的液体具有低共熔成分，并且固化为两相，分别为Mg2Si和Mg32（Al，Zn）49，这些在焊缝中新形成的相，对于α-Mg来说是阴极，构成微电偶会加速焊缝的腐蚀。表面上大量Mg32（Al，Zn）49相会产生更多的微电流位点。在此研究中，电化学测试证实了微观组织的观察结果，焊缝区的腐蚀电流是母材以及热影响区的两倍。对于镁合金钎焊，Wielage等[34]将新开发的Al-Mg-Zn基材料作为镁铝异种金属焊接的填充金属。通过观察分析发现，焊缝区的金属间化合物可以标识为Mg5Zn2Al2，Mg32（Zn，Al）49和MgZn2。在所有情况下，这些金属间化合物都比镁基材料的腐蚀电位要高。与庞大的基础材料相比，镁合金之间的焊接点对连接的零件没有不利影响。由于阴极和阳极之间的面积比很低，因此只能观察到很小的腐蚀电流。接头区域腐蚀无明显差异，通过对比电化学曲线也可以证实，焊缝区与母材区腐蚀电流密度与腐蚀电位几乎没有差别。因此，采用这种填充料焊接的镁合金接头不需要特殊的腐蚀防护。此外，已证明利用搅拌摩擦焊在对镁合金完成焊接后，镁合金焊接接头的耐腐蚀性发生了改变。Kannan等[35]发现利用搅拌摩擦焊对镁合金AZ31完成焊接后，其SCC（StressCorrosionCracking）敏感性高于母材。同时，还发现焊核区比母材具有更高的抗点蚀性能。Song等[36]发现镁合金嵌入铁污染物会造成腐蚀性能下降，而在焊接过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]AZ91D镁合金表面激光熔覆Al-Ti-Ni/C涂层的电化学腐蚀行为[J]. 靳坤,张英乔,张涛,郭杰. 电焊机. 2019(10)
[2]Improving the corrosion properties of magnesium AZ31 alloy GTA weld metal using microarc oxidation process[J]. M.Siva Prasad,M.Ashfaq,N.Kishore Babu,A.Sreekanth,K.Sivaprasad,V.Muthupandi. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(05)
[3]AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头腐蚀行为[J]. 张子阳,王善林,章恒瑜,柯黎明. 中国腐蚀与防护学报. 2017(02)
[4]微合金化对AZ31B镁合金点焊接头组织和耐蚀性能的影响研究[J]. 王刚,尹立孟,姚宗湘,刘成,王金钊,李梦楠. 热加工工艺. 2017(07)
[5]AZ31B镁合金点焊焊接接头化学镀镍磷研究[J]. 邢健,程艳艳. 兵器材料科学与工程. 2015(06)
[6]AZ31镁合金搅拌摩擦焊焊缝电化学性能的分析[J]. 沈长斌,杨野,陈影. 焊接学报. 2014(09)
[7]AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头微弧氧化表面防护研究[J]. 薛文斌,陈廷芳,李永良,邹志锋,刘晓龙,赵衍华. 材料工程. 2012(12)
[8]激光冲击处理对AZ31B镁合金焊接件抗应力腐蚀的影响[J]. 葛茂忠,项建云,张永康. 中国激光. 2012(12)
[9]AZ31与AZ61异种镁合金的TIG焊研究[J]. 彭建,周绸,陶健全,潘复生. 材料工程. 2011(02)
博士论文
[1]镁合金焊接接头腐蚀行为及电弧喷涂防护研究[D]. 徐荣正.大连理工大学 2011
硕士论文
[1]铝、镁合金微弧氧化层表面ZrO2光化学溶胶凝胶封孔层的制备及耐蚀性研究[D]. 李娜.西安理工大学 2019
[2]高性能泡沫镁的制备及其压缩性能研究[D]. 石守泉.吉林大学 2019
[3]Mg/Al异种金属超声波焊接接头组织与力学性能研究[D]. 刘婧.吉林大学 2019
[4]AZ31镁合金焊接接头化学镀膜及其耐腐蚀性研究[D]. 崔建红.太原科技大学 2014
[5]镁合金表面激光合金化SiC-316L复合涂层研究[D]. 郑美珠.华东交通大学 2012
[6]镁合金几种不同焊接接头的腐蚀行为及其防护[D]. 孙转平.吉林大学 2010
[7]镁合金搅拌摩擦焊工艺及焊缝腐蚀防护研究[D]. 陈显君.吉林大学 2009
本文编号：2931368
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