论文题目: 纯镁及镁合金强流脉冲电子束表面改性
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 高波
导师: 周继扬,董闯
关键词: 镁合金,强流脉冲电子束,摩擦磨损,腐蚀
文献来源: 大连理工大学
发表年度: 2005
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。大量工作表明纯铝和模具钢在经过强流脉冲电子束处理后,抗磨性和耐蚀性有明显提高。本文选择纯镁以及变形镁合金AZ31和铸造镁合金AZ91HP作为研究对象,针对镁合金耐蚀性差和强度不足的缺点,进行强流脉冲电子束表面处理研究。我们发现,这种处理能够有效地提高纯镁及镁合金的抗蚀性和达到表面强化效果。 我们首先研究了微观组织形态。处理后样品表面呈起伏形貌,出现典型熔坑和大量细小的颗粒。重熔层纯镁达到3～8微米,镁合金4～10微米。非均匀加热和冷却诱发应力和应力波,导致表面出现塑性变形,主要是孪晶形式,同时观察到表面改性层中位错增多。对于镁合金,由于镁的蒸发和第二相Mg17Al12熔化,表面形成铝的饱和固溶体。 我们进而利用数值方法模拟了纯镁的动态温度场。在熔化模式下,次表层先熔化和准静态应力共同作用导致表层液滴喷发,形成典型的熔坑形貌,并产生强的冲击热应力。在3J/cm2能量密度下,重熔层厚度为6.5μm,与实验结果很接近。表层可继续升温到汽化模式,溅出大量小液滴,在电子束流中,这些小液滴被充上负电,并在电场力的作用下重新返回表面,从而解释了处理后的特殊表面形貌。 我们还对显微硬度和磨损性能进行了测试。近表层几百微米范围内均出现显微硬度值升高的现象。纯镁（3J/cm2,10个脉冲）的峰值硬度（努氏）从55HK增加到100HK左右提高约90%,AZ31试样（3J/cm2,10个脉冲）的峰值硬度从61HK增加到130HK左右,提高约110%,AZ91HP试样的峰值硬度从65HK增加到142HK左右提高约100%,而且随深度增加呈现波动起伏,这主要由于加工处理过程中热应力波传播造成的。同时,因为显微硬度的提高,改性样品平均摩擦系数降低,耐磨性提高。 处理后样品在5%NaCl溶液中抗腐蚀性能有显著提高,AES及TEM分析表明,表面生成了纳米态的氧化镁层,对于镁合金,随铝固溶度增加,表面易于形成致密的氧化膜,动电位极化曲线测量结果显示极化电阻增大,自腐蚀电流降低,纯镁自腐蚀电流可降低约一个数量级,镁合金AZ31和AZ91HP最大可降低三个数量级,极化电阻与之相反。 最后进行表面快速合金化处理,纯镁表面合金化铝后,样品抗5%NaCl溶液腐蚀性能得到显著提高,维钝电流降低2个数量级以上,而镁合金AZ31以及AZ91HP表面合金化Cr,TiN后,耐磨性均得到提高。
论文目录:
摘要
Abstract
1 文献综述
1．1 引言
1．2 镁合金表面处理研究进展
1．2．1 化学表面处理
1．2．2 机械表面处理
1．2．3 载能束表面改性处理
1．3 强流脉冲电子束在表面改性处理中的应用
1．3．1 应用现状
1．3．2 研究现状
1．4 电子束与材料表面相互作用机理
1．4．1 电子束与固体的相互作用
1．4．2 电子束能量在作用区的分配(能量转换)
1．5 选题依据
2 试验用装置的结构及参数确定
2．1 装置的组成结构
2．1．1 强流脉冲电子束装置
2．1．2 本装置的特点
2．2 装置的工作参数
2．3 工艺参数及测试
2．3．1 工艺参数
2．3．2 实验测试
2．4 本章小结
3 纯镁强流脉冲电子束表面改性
3．1 引言
3．1．1 镁的性质
3．1．2 镁的晶体结构
3．2 实验方法
3．2．1 试验参数的选择
3．2．2 实验测试设备及试样处理
3．3 纯镁原始表面形貌
3．3．1 纯镁表面MgO形貌
3．3．2 纯镁原始组织分析
3．4 纯镁强流脉冲电子束处理后表面形貌变化
3．4．1 脉冲次数对形貌的影响
3．4．2 强流脉冲电子束处理后，纯镁表面形成的熔坑
3．5 纯镁强流脉冲电子束表面处理温度场模拟
3．5．1 温度场的物理模型
3．5．2 计算结果
3．6 纯镁强流脉冲电子束处理前后的微观组织及性能测试
3．6．1 纯镁表面处理后塑性变形
3．6．2 纯镁表面强流脉冲电子束处理前后TEM分析
3．6．3 纯镁强流脉冲电子束处理前后截面显微硬度分析
3．6．4 纯镁XRD分析
3．6．5 纯镁强流脉冲电子束处理后表面AES分析
3．6．6 纯镁强流脉冲电子束处理前后抗腐蚀性能的研究
3．7 纯镁强流脉冲电子束表面改性结构模型
3．8 本章小结
4 镁合金AZ31强流脉冲电子束表面改性
4．1 引言
4．2 实验材料及工艺参数的选择
4．2．1 实验材料
4．2．2 实验参数
4．3 能量密度、脉冲次数对表面形貌的影响
4．4 镁合金AZ31强流脉冲电子束处理后截面微观组织
4．5 镁合金AZ31强流脉冲处理前后XRD分析
4．6 镁合金AZ31强流脉冲电子束处理前后截面显微硬度分布
4．7 镁合金AZ31强流脉冲电子束表面处理对耐磨性的影响
4．7．1 对磨擦系数的影响
4．7．2 磨损量的变化
4．8 镁合金AZ31强流脉冲电子束表面处理对耐腐蚀性能的影响
4．8．1 强流脉冲电子束表面处理前后，镁合金AZ31表面成分分析
4．8．2 强流脉冲电子束表面处理后，镁合金AZ31截面成分分析
4．8．3 强流脉冲电子束表面处理前后，镁合金AZ31电化学测试
4．9 本章小结
5 镁合金AZ91HP强流脉冲电子束表面改性
5．1 引言
5．2 AZ91HP合金的原始显微组织
5．3 镁合金AZ91HP强流脉冲电子束处理后样品表面形貌分析
5．4 镁合金AZ91HP强流脉冲电子束处理后表面成分分析
5．5 镁合金AZ91HP强流脉冲电子束处理后截面微观组织分析
5．6 镁合金AZ91HP强流脉冲电子束处理前后XRD分析
5．7 镁合金AZ91HP强流脉冲电子束处理前后电化学性能测量
5．8 镁合金AZ91HP强流脉冲电子束表面处理对耐磨性的影响
5．9 镁合金AZ91HP强流脉冲电子束表面处理前后TEM分析
5．9．1 原始样TEM分析
5．9．2 处理样品TEM分析
5．10 本章小结
6 强流脉冲电子束表面合金化研究
6．1 引言
6．2 纯镁表面强流脉冲电子束渗铝
6．2．1 实验材料及工艺
6．2．2 纯镁表面涂铝强流脉冲电子束表面合金化处理的表面形貌
6．2．3 纯镁强流脉冲电子束表面合金化Al对抗腐蚀性能的影响
6．3 镁合金强流脉冲电子束表面合金化Cr，TiN，Al及对耐磨性的影响
6．3．1 镁合金AZ91HP表面合金化TiN处理样品截面组织分析
6．3．2 显微硬度及摩擦磨损性能测试
6．3．3 表面合金化前后抗腐蚀性能测试
6．3．4 分析讨论
6．4 本章小结
7 结论及展望
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文情况
创新点摘要
致谢
大连理工大学学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-07-04
参考文献
- [1].纯Al材强流脉冲电子束表面改性的研究[D]. 郝胜智.大连理工大学2000
- [2].模具钢电子束表面改性及应用基础研究[D]. 吴爱民.大连理工大学2002
相关论文
- [1].稀土变形镁合金组织性能及加工工艺研究[D]. 余琨.中南大学2002
- [2].镁合金微弧氧化膜的形成过程及腐蚀行为研究[D]. 王燕华.中国科学院研究生院（海洋研究所）2005
- [3].镁合金的腐蚀行为与防护[D]. 贾素秋.吉林大学2006
- [4].医用金属材料的强流脉冲电子束表面改性研究[D]. 张可敏.大连理工大学2006
- [5].AZ91HP镁合金激光表面改性研究[D]. 高亚丽.大连理工大学2006