镁合金表面铝涂层的制备及性能研究

论文摘要

本文在对以往表面改性工艺分析的基础上，采用两种新工艺技术对镁合金AZ61实施表面改性处理：1)热浸镀通过控制基材与镀材的体积比、浸镀温度、浸镀时间等工艺参数获得性能最佳的镀层；利用SEM、EDS、XRD等测试技术，分析了镀层的组织、结构、成分；测定镀层的显微硬度；通过界面扩散热力学分析，初步阐明镀层产生冶金结合的原因。2)感应熔涂通过对试验所得不同条件下涂层的组织、结构、成分进行系统分析，讨论获得性能最佳的涂层的工艺参数；根据腐蚀实验的结果，计算腐蚀速率，从而研究镁合金的腐蚀特性及涂层的耐腐蚀机理；通过剪切实验研究涂层的结合强度。研究表明，AZ61表面热浸镀Al时，当基材与镀材的体积比为1.2∶1，浸镀温度为800℃，浸镀时间为2s时得到的结合界面具有冶金结合的特性。过渡区厚度达1000um，室温下的显微组织为α-Mg固溶体和少量共晶组织，共晶组织为α-Mg和β-Mg17Al12的混合物。镀层显微硬度达HV200，由于该区域Cu元素含量较高，存在少量三元化合物Al50Mg48Cu2。Mg-Al结合是熔合、扩散两种机理综合作用的结果，通过界面扩散热力学分析，进一步阐明镀层界面的结合并非纯扩散所致。AZ61表面感应熔涂Al后，结合欠佳的试样在界面处发现白亮带，结合良好的试样界面处自然过渡，未发现白亮带。白亮带的形成与Mg-Al对流、扩散是否均匀有关。涂层组织以金属间化合物β-Mg17Al12为主，同时伴有少量的Al2Cu。Al元素的含量对显微组织具有一定的影响，当Al％＜6％时，组织以α-Mg为主，当20％＜Al％＜30％，组织以初生α-Mg树枝晶为主，其间分布有α-Mg+β-Mg17Al12共晶组织，当30％＜A1％＜40％，组织以块状Mg17Al12为主，其间分布有同样的共晶组织。通过动电位极化曲线、阻抗图谱的测定及腐蚀速率的计算，发现熔涂铝试样较未熔涂铝试样的腐蚀速率降低了2个数量级，大量β存在与涂层表面是其耐腐蚀性高的主要原因。研究了剪切实验的3种断裂形式，通过实验结果阐述了涂层与基体具有较好结合强度的机理。综合分析试验结果，得出获得最佳涂层的工艺参数：加热功率为40～60KW；加热时间为50～65s。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 镁及其合金的性能
• 1.2 镁合金的最新应用进展
• 1.2.1 航空航天领域
• 1.2.2 汽车领域
• 1.2.3 3C领域
• 1.3 镁合金的腐蚀
• 1.3.1 电偶腐蚀
• 1.3.2 表面膜
• 1.4 镁合金表面处理研究进展
• 1.5 涂层耐腐蚀性的评定方法
• 1.6 涂层结合强度的测试方法
• 1.7 本课题的研究内容
• 1.8 本章小结
• 2 镁合金AZ61表面热浸镀铝试验及结果分析
• 2.1 热浸镀技术
• 2.1.1 热浸镀的概念
• 2.1.2 热浸镀的特点
• 2.1.3 热浸镀的工艺
• 2.1.4 热浸镀的性能与应用
• 2.2 试验材料及方法
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验设备
• 2.2.3 试样预处理
• 2.2.4 试验步骤
• 2.2.5 组织分析
• 2.2.6 硬度测定
• 2.3 试验结果与分析
• 2.3.1 试验结果
• 2.3.2 镀层组织及形貌分析
• 2.3.3 镀层显微硬度测定
• 2.4 界面结合机理
• 2.5 扩散理论分析
• 2.6 本章小节
• 3 镁合金AZ61表面感应熔涂铝试验条件和方法
• 3.1 感应熔涂技术
• 3.1.1 电磁感应加热基本原理
• 3.1.2 电磁感应的三个效应
• 3.1.3 电磁感应加热的主要特点
• 3.2 试验研究
• 3.2.1 试验前准备
• 3.2.2 试验步骤
• 3.2.3 试验工艺参数的确定
• 3.2.4 试验分析仪器
• 3.2.5 动电位扫描和Tafel极化曲线测试
• 3.2.6 交流阻抗测试
• 3.2.7 剪切强度测试
• 3.3 本章小节
• 4 镁合金表面感应熔涂铝试验结果与分析
• 4.1 镁合金表面感应熔涂铝试验结果
• 4.2 涂层形貌及组织分析
• 4.2.1 涂层形貌分析
• 4.2.2 涂层显微组织分析
• 4.2.3 涂层组织成分分析
• 4.2.4 涂层中Al元素含量对涂层显微组织的影响
• 4.3 涂层腐蚀性能的测定
• 4.3.1 极化曲线分析
• 4.3.2 阻抗图谱分析
• 4.4 涂层结合强度的测定
• 4.4.1 涂层剪切断裂形式
• 4.4.2 涂层剪切实验结果
• 4.5 分析与讨论
• 4.5.1 工艺参数对感应熔涂效果的影响
• 4.5.2 腐蚀机理研究
• 4.6 本章小节
• 5 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录: 攻读硕士学位期间发表的学术论文