Al-Mg金属间化合物涂层的制备及耐蚀性研究

论文摘要

由于金属间化合物具有高温强度好、硬度高及良好的抗腐蚀性能,所以诸多学者采用金属间化合物来强化普通的合金,或在普通金属或其合金难以承受的高温及恶劣腐蚀环境下作为替代材料来应用。另外,具有特殊性能的金属间化合物材料在电学,磁学和光学领域作为功能材料具有很高的应用价值。但是由于金属间化合物的脆性大,塑性加工困难,过去没有作为结构材料的应用历史,但今天金属间化合物已经成功地作为结构材料中的强化相得到认可。显然,由于金属间化合物硬度高且稳定性好,有潜力作为其他结构材料得到更广泛的应用。利用金属间化合物的高耐腐蚀性的特点,将其涂覆在工件基体表面作为防护涂层是金属间化合物的一个重要的研究方向。本课题首先采用自主研发的双丝电弧喷涂设备尝试在ZL102铝合金表面制备Al-Mg复合涂层。并分别对喷涂后的复合涂层进行热扩散处理和电弧表面重熔处理。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、电子探针等对各涂层的表面形貌、显微组织和相组成等进行分析测试。研究分析了热处理工艺参数对涂层组织和性能的影响及电弧表面重熔工艺在Al-Mg金属间化合物涂层制备中的可行性。采用常温短期/长期浸泡试验、电化学试验测试分析了喷涂后Al-Mg复合涂层和Al-Mg金属间化合物涂层的耐腐蚀性。研究结果表明,双丝电弧喷涂技术在ZL102铝合金表面成功制备均匀、致密的Al-Mg复合涂层。涂层内部铝、镁片层呈相互堆叠的组织状态,涂层与基体之间的结合方式为机械嵌合。将喷涂后试样进行不同温度的热扩散处理后,发现涂层中的铝、镁片层在320℃以上温度出现相互扩散反应的现象,并在涂层内部生成大量的Al-Mg金属间化合物相（Al3Mg2和Al12Mg17）,并且涂层的耐蚀性能显著提升。同时涂层的表面硬度也显著提高,说明涂层的耐磨性能明显改善。涂层与基体之间的结合方式由机械嵌合转变为局部区域由元素扩散形成的局部冶金结合。通过调节双丝电弧喷涂、电弧表面重熔过程中的工艺参数,成功在ZL102铝合金表面制备了Al-Mg金属间化合物涂层。电弧表面重熔后涂层组织由铝、镁片层相互堆叠的状态转变为均匀的Al-Mg金属间化合物涂层组织。与热扩散处理相比,电弧表面重熔后的金属间化合物涂层组织及元素分布更均匀。电化学试验同时表明电弧表面重熔处理后涂层的耐蚀性能显著提高,可以对轻合金基体起到腐蚀防护的作用。电弧重熔处理后涂层与基体之间的结合出现大面积的冶金结合区域,与热处理工艺相比涂层与基体的结合强度进一步提高至7.8MPa。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 金属间化合物涂层
• 1.2.1 金属间化合物材料的研究现状
• 1.2.2 金属间化合物的性能
• 1.2.3 M-Al系金属间化合物涂层研究现状
• 1.3 电弧喷涂技术
• 1.3.1 热喷涂技术
• 1.3.2 双丝电弧喷涂技术
• 1.4 表面改性技术
• 1.4.1 等离子表面处理技术
• 1.4.2 激光表面改性技术
• 1.4.3 电弧表面重熔技术
• 1.5 本文的主要研究内容
• 2 实验设备及分析方法
• 2.1 实验设备
• 2.2 试验分析方法
• 3 Al-Mg双丝电弧喷涂+热扩散后处理技术制备Al-Mg金属间化合物涂层
• 3.1 金属间化合物涂层的制备
• 3.2 涂层耐蚀性试验
• 3.2.1 短期常温浸泡试验
• 3.2.2 长期浸泡称重试验
• 3.2.3 电化学试验
• 3.3 涂层的组织结构分析
• 3.3.1 涂层微观组织分析
• 3.3.2 涂层的XRD分析
• 3.3.3 涂层中的元素分布
• 3.4 涂层的显微硬度及结合强度测试
• 3.4.1 涂层显微硬度测试
• 3.4.2 涂层结合强度测试
• 3.5 Al-Mg金属间化合物涂层在大型板材表面的制备应用
• 3.6 本章小结
• 4 Al-Mg双丝电弧喷涂+电弧表面重熔处理制备Al-Mg金属间化合物涂层
• 4.1 金属间化合物涂层的制备
• 4.1.1 试验材料及设备
• 4.1.2 试样的制备
• 4.2 表面重熔工艺参数的影响
• 4.3 涂层的组织结构分析
• 4.3.1 涂层的组织分析
• 4.3.2 涂层的XRD分析
• 4.3.3 涂层内部元素分布分析
• 4.3.4 电化学试验
• 4.4 涂层的硬度及结合强度测试
• 4.4.1 涂层显微硬度测试
• 4.4.2 涂层结合强度测试
• 4.5 本章小结
• 5 讨论
• 5.1 热扩散过程中Al-Mg金属间化合物形成机制
• 5.1.1 扩散与扩散系数
• 5.1.2 影响扩散的因素及扩散条件
• 5.2 金属间化合物涂层的保护机制
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢