喷射成形高锰ZA35合金的制备和性能

论文摘要

喷射成形将金属熔体雾化和雾化液滴沉积合为一体,可直接由液态金属制备具有快速凝固组织特征的大块金属坯体。本文在ZA35合金进行Mn合金化基础上,采用喷射成形技术制备高锰ZA35合金,对其制备过程和致密化工艺、力学、耐磨和耐蚀性能进行研究,以期改善ZA合金的显微组织、消除低熔点共晶、提高合金元素固溶度等,使合金性能得以大幅度提高,拓宽其应用范围。通过实验,本研究取得主要成果如下:通过选用适当的工艺参数,利用喷射成形技术制备出高锰ZA35合金。与铸态组织相比,喷射成形合金为细小均匀的等轴晶,尺寸约为30μm,富Mn相消失,Mn全部固溶于基体。优化的热挤压工艺参数为挤压温度260℃、挤压比12、比压430MPa。热处理工艺对喷射成形高锰ZA35合金各项力学性能影响明显。时效过程中,新相析出使位错运动受阻和多种富锰相的弥散强化使合金硬度随时间的延长出现双峰现象。热力学稳定相MnAl6优先从过饱和的α-Al（η-Zn）中析出,随时效温度升高和时效时间延长,亚稳相Al11Cu5Mn3和CuMnZn依次析出。在挤压和热处理后合金中均出现纳米级晶须状和颗粒状MnA6。随着温度提高,合金断裂机制由脆性断裂逐渐转变为韧性断裂。喷射成形高锰ZA35合金的强化机制主要有固溶强化、细晶强化、第二相强化和位错强化。在实验速度和载荷下,喷射成形高锰ZA35合金的摩擦因数和磨损率均比铸态合金低,具有更高的耐磨性和减磨性。喷射成形合金的磨损机制主要是磨粒磨损和疲劳磨损,而铸态合金的磨损机制主要是磨粒磨损、粘着磨损和部分氧化磨损。喷射成形态高锰ZA35合金盐雾腐蚀动力学曲线的抛物线速率常数小,腐蚀程度轻微。合金在盐雾下腐蚀原因是富锌η相的优先溶解,喷射成形态合金锰全部固溶,降低η相和α相电位差,腐蚀驱动力降低,减缓腐蚀。在中性沸腾水介质中,喷射成形态合金中负电性的α富铝相作为阳极溶解时,腐蚀产物容易阻挡作为短路扩散的细小晶界,阻止侵蚀性介质扩散,减缓腐蚀。固溶时效处理使合金组织向平衡组织转变,降低晶界活性,减小电化学腐蚀倾向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景、目的与意义
• 1.2 锌铝合金的发展概况和国内外研究现状
• 1.2.1 发展概况
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 喷射成形技术及其发展现状
• 1.3.1 喷射成形技术的发展简况
• 1.3.2 喷射成形技术原理
• 1.3.3 喷射成形技术过程控制
• 1.3.4 喷射成形的技术特点
• 1.3.5 喷射成形锌铝材料研究现状及存在的问题
• 1.3.6 喷射成形技术的发展趋势
• 1.4 本研究的内容及方案
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 1.4.3 预期目标
• 1.4.4 技术路线图
• 1.4.5 拟解决的关键问题
• 1.4.6 本研究主要创新点
• 第二章 实验材料、工艺及方法
• 2.1 喷射成形实验合金成分的设计
• 2.2 实验设备
• 2.3 合金制备工艺
• 2.3.1 合金的熔炼
• 2.3.2 喷射成形制备沉积坯
• 2.3.3 沉积坯的挤压
• 2.4 组织及形貌分析方法
• 2.5 性能测试方法
• 2.5.1 拉伸实验
• 2.5.2 硬度实验
• 2.5.3 不同介质条件的腐蚀实验
• 2.5.4 喷射成形高锰ZA35合金的电化学实验
• 2.5.5 摩擦磨损实验
• 第三章 喷射成形高锰ZA35合金制备工艺研究
• 3.1 喷射成形工艺的确定
• 3.1.1 过热度
• 3.1.2 导流管直径
• 3.1.3 雾化气体压力
• 3.1.4 导液管距离喷嘴末端的伸出长度
• 3.1.5 沉积距离
• 3.2 喷射成形高锰ZA35合金过喷粉末特性
• 3.2.1 粉末的粒度分布和形貌
• 3.2.2 过喷粉末的冷却速度
• 3.2.3 粉末的形核与长大机制
• 3.3 喷射成形高锰ZA35合金的组织
• 3.3.1 铸态3.5%Mn—ZA35合金的组织
• 3.3.2 喷射成形态3.5%Mn—ZA35合金的组织
• 3.4 喷射成形高锰ZA35合金致密化研究
• 3.4.1 正交实验及结果分析
• 3.4.2 致密化工艺对喷射成形高锰ZA35合金力学性能的影响
• 3.4.3 喷射成形高锰ZA35合金热挤压态的组织特征
• 3.5 本章小结
• 第四章 喷射成形高锰ZA35合金力学性能研究
• 4.1 喷射成形高锰ZA35合金热处理工艺的确定
• 4.1.1 喷射成形高锰ZA35合金的差热分析
• 4.1.2 热处理试验方案设计
• 4.1.3 显著性水平分析
• 4.1.4 热处理工艺对喷射成形高锰ZA35合金力学性能的影响
• 4.1.5 喷射成形高锰ZA35合金时效动力学曲线
• 4.1.6 喷射成形高锰ZA35合金热处理后的组织
• 4.2 喷射成形高锰ZA35合金的高温力学性能
• 4.2.1 力学性能
• 4.2.2 不同温度下的合金组织
• 4.2.3 断口形貌特征分析
• 4.3 喷射成形高锰ZA35合金的强化机制
• 4.3.1 细晶强化
• 4.3.2 第二相强化（弥散强化）
• 4.3.3 固溶强化
• 4.3.4 位错强化
• 4.4 本章小结
• 第五章 喷射成形高锰ZA35合金摩擦磨损行为
• 5.1 引言
• 5.2 载荷对合金摩擦磨损性能的影响
• 5.2.1 载荷对合金摩擦性能的影响
• 5.2.2 载荷对磨损性能的影响
• 5.3 滑动速度对合金摩擦磨损性能的影响
• 5.3.1 滑动速度对合金摩擦性能的影响
• 5.3.2 滑动速度对合金磨损性能的影响
• 5.4 边界条件对合金摩擦磨损性能的影响
• 5.5 温度对合金摩擦磨损性能的影响
• 5.6 喷射成形高锰ZA35合金摩擦磨损的机理
• 5.7 本章小结
• 第六章 喷射成形高锰ZA35合金腐蚀行为
• 6.1 引言
• 6.2 合金在不同腐蚀介质中的实验结果
• 6.2.1 合金腐蚀动力学曲线表征
• 6.2.2 合金腐蚀形貌
• 6.2.3 腐蚀产物的XRD分析
• 6.3 合金在不同腐蚀介质中的腐蚀机理
• 6.3.1 盐雾条件下ZA35合金的腐蚀机理
• 6.3.2 盐雾条件下高Mn含量ZA35合金的晶间腐蚀机理
• 6.3.3 沸水条件下ZA35合金的腐蚀机理
• 6.3.4 沸水条件下高锰含量的ZA35合金的晶问腐蚀机理
• 6.4 喷射成形高锰ZA35合金腐蚀的电化学特性
• 6.4.1 开路电位
• 6.4.2 动电位扫描极化曲线
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢