ZK60镁合金强流脉冲电子束表面改性及复合表面处理研究

论文摘要

强流脉冲电子束处理是近十几年来发展起来的一门新兴材料表面改性技术。大量研究工作表明,强流脉冲电子束表面处理能显著提高纯铝和模具钢表面的抗腐蚀及耐摩擦磨损性能,因此为进一步扩大镁合金的应用领域,本论文采用强流脉冲电子束对ZK60镁合金进行表面改性,改善其耐腐蚀和耐摩擦磨损性能,研究改性层组织结构和形貌的特征变化以及不同参数对合金耐腐蚀性能和摩擦磨损性能的影响；另一方面为探索镁合金表面处理的新方法,本论文将微弧氧化和强流脉冲电子束复合改性应用于ZK60镁合金的表面改性中,初步探索此两种表面改性技术复合处理的可行性。对改性前后的合金表面微观结构进行扫描电镜、XRD分析,并对合金的抗腐蚀及耐摩擦磨损性能进行了测试,结果表明：（1）经强流脉冲电子束处理后ZK60镁合金表面生成了一层厚度约为5-11μm的重熔层。重熔层表面具有少量裂纹和熔坑；同时由于镁的蒸发,表面沉积有细小的纯镁颗粒；重熔层组织晶粒细小,合金元素偏析程度显著降低、固溶度增加；3.5%NaCl溶液中动电位极化曲线测试结果表明ZK60镁合金强流脉冲电子束改性后耐腐蚀性得到显著提高,其中23KV加速电压下电子束轰击15次的ZK60镁合金腐蚀电流密度从311μA/cm2下降至42.2μA/cm2,下降了86%,腐蚀电位从-1312mV上升至-1220mV,升高了92mV；另一方面,摩擦磨损实验结果证明改性后的合金摩擦系数降低,耐磨擦性能得到了提高,加速电压为27KV,轰击15次的样品摩擦系数和磨损量均优于其它样品,其磨损量下降了80%；（2）ZK60镁合金经微弧氧化处理后表面生成了一层厚度约为18μm的陶瓷层,陶瓷层由疏松层和致密层组成,疏松层分布有孔洞,约占整个膜层厚度的90%；经微弧氧化再经强流脉冲电子束处理的ZK60镁合金表面凹凸起伏不平,改性层厚度约为3-4μm,改性层较微弧氧化陶瓷层致密；经强流脉冲电子束再经微弧氧化处理的ZK60镁合金表面同样生成了一层厚度不均匀的陶瓷改性层,改性层中,致密层不连续；建立了强流脉冲电子束再微弧氧化处理表面改性层的生长模型。3.5%NaCl溶液中动电位极化曲线测试及摩擦磨损实验结果表明：经过复合表面改性处理的试样耐腐蚀性、耐摩擦性能均得到了提高,其中经强流脉冲电子束处理再经微弧氧化处理试样的耐腐蚀性能得到显著提高,腐蚀电流密度从311μA/cm2下降至0.2μA/cm2,降低了3个数量级；经微弧氧化再经强流脉冲电子束处理的试样磨损量降低了80%。复合表面处理实验同时验证了强流脉冲电子束的快速熔凝作用对微弧氧化形成的疏孔具有封孔作用,其具体实验参数的优化设置还有待进一步探索改进。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 镁合金的性质与应用
• 1.2 镁合金表面处理
• 1.2.1 化学表面处理
• 1.2.2 镀层处理
• 1.2.3 机械表面处理
• 1.2.4 高能束表面改性
• 1.3 强流脉冲电子束在镁合金表面处理中的应用
• 1.4 微弧氧化在镁合金表面处理中的应用
• 1.5 HCPEB与MAO复合处理在镁合金表面改性中的应用
• 1.6 选题意义
• 第2章 实验原理和方法
• 2.1. 实验流程
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 镁合金试样制备
• 2.2.2 表面处理实验
• 2.2.3 显微分析实验
• 2.2.4 耐腐蚀性能检测
• 2.2.5 耐磨擦性能检测
• 第3章 ZK60镁合金强流脉冲电子束表面改性
• 3.1 引言
• 3.2 结果分析
• 3.2.1 原始组织分析
• 3.2.2 改性后表面形貌分析
• 3.2.3 改性后截面微观组织
• 3.2.4 XRD物相分析
• 3.2.5 耐腐蚀性能分析
• 3.2.6 耐摩擦性能分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 ZK60镁合金强流脉冲电子束与微弧氧化复合表面改性
• 4.1 引言
• 4.2 结果分析
• 4.2.1 微弧氧化处理后形貌分析
• 4.2.2 经微弧氧化处理后再经强流脉冲电子束处理的形貌分析（MAO thenHCPEB）
• 4.2.3 经强流脉冲电子束处理后再经微弧氧化处理的形貌分析（HCPEB thenMAO）
• 4.2.4 微弧氧化和复合处理后XRD分析
• 4.2.5 微弧氧化和复合处理后抗腐蚀性能分析
• 4.2.6 微弧氧化和复合处理后耐摩擦性能分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢