基于搅拌摩擦加工镁合金表面改性研究

论文摘要

搅拌摩擦加工技术（Friction Stir Processing,简称FSP）是美国密苏里大学Mishra教授等人在搅拌摩擦焊接基础上发明的一种固态加工技术。通过搅拌摩擦加工技术可使材料产生剧烈塑性变形,实现材料微观组织细化和均匀化。本文基于搅拌摩擦加工技术对镁合金表面进行改性研究,以期进一步扩大镁合金的应用范围。以AZ31镁合金为实验材料,研究了未加入粒子的FSP实验,确定了AZ31镁合金板搅拌摩擦加工的优化参数,研究了不同工艺参数对AZ31镁合金微观组织和力学性能的影响。发现在纵截面上热机影响区和热影响区有一个较为明显的组织过渡界面,热影响区晶粒“粗化”。当旋转速度为1500 r/min,加工速度为60mm/min时,硬度值比母材最高提高约30%。研究了强制冷却FSP工艺,对搅拌摩擦加工过程中的温度进行有效控制,分析了强制冷却对AZ31镁合金微观组织和性能的影响。发现强制冷却加工后试样纵截面上热影响区基本消失,AZ31镁合金硬度值比母材提高约67%。采用搅拌摩擦加工技术对AZ31镁合金进行加入Al2O3粒子的表面改性研究,优化了工艺参数,加入Al2O3粒子后AZ31镁合金板硬度值比母材提高约38%。对加入纳米SiC粒子和未加入粒子试样进行摩擦磨损研究,发现加入纳米SiC粒子的试样表面磨痕均匀细密,粒子均匀分布在试样表面,在纵向上形成了一定厚度的连续隔离膜,改变了摩擦副的接触形式降低了磨损量。第一阶段转数为300转时,加入粒子试样与未加入粒子试样磨损失重量相差9倍。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 搅拌摩擦加工发展背景
• 1.2 搅拌摩擦加工的研究现状
• 1.2.1 FSP技术在材料微观结构改性的研究
• 1.2.2 FSP技术在超塑性方面的研究
• 1.2.3 FSP技术在表面改性方面的研究
• 1.3 镁合金特点及应用
• 1.3.1 镁合金的特点
• 1.3.2 镁合金主要应用领域
• 1.3.3 镁合金存在的问题及研究现状
• 1.4 本文研究内容及意义
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究意义
• 1.5 本章小结
• 第二章 基于FSP技术未加粒子AZ31镁合金表面改性研究
• 2.1 概述
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 实验参数及工艺
• 2.3 实验结果分析
• 2.3.1 加工后宏观形貌
• 2.3.2 搅拌摩擦加工组织分析
• 2.3.3 搅拌摩擦加工工艺对组织的影响
• 2.3.4 搅拌摩擦加工机理
• 2.4 力学性能分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于FSP技术加入粒子的AZ31镁合金表面改性研究
• 3.1 概述
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验参数及工艺
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 表面形貌
• 3.3.2 显微组织分析
• 3.3.3 金属流动模型
• 3.3.4 显微硬度分析
• 3.3.5 工艺参数对表面改性的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 AZ31镁合金表面改性搅拌摩擦加工摩擦磨损性能
• 4.1 概述
• 4.2 实验材料
• 4.3 试验过程
• 4.4 试验结果分析
• 4.4.1 加入粒子的搅拌摩擦加工摩擦磨损性能对比研究
• 4.4.2 加入粒子的表面磨损分析
• 4.4.3 未加入粒子得表面磨损分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 硕士研究生学习阶段发表论文