7075铝合金表面强化方法研究

论文摘要

铝及铝合金由于具有低密度、高强度等优点成为工业中应用量最大的有色金属,在航空,汽车,机械等行业中得到了广泛应用,但由于其表面硬度较低,耐磨性较差,导致铝合金材料失效,限制了其进一步的应用。化学镀镍、渗氮、热扩渗都是传统的铝合金表面强化技术,能够改善材料的表面性能,如何优化和改进这些处理工艺是各国科学家研究的热点问题之一。本文主要研究化学镀镍加气体渗氮的复合方法处理7075铝合金表面的工艺和性能以及7075铝合金与Mg-Zn合金相互扩散过程。利用光学显微镜、扫描电镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）及硬度测试等分析手段对处理层结构及性能进行研究,主要研究结果如下:（1）化学镀镍可以在7075铝合金表面形成一层镀镍层,并随着施镀的时间的增加镀镍层的厚度增厚。对带有镍层表面的7075铝合金进行气体渗氮,可在表面形成Ni4N等氮化物。在气体渗氮过程中,基体中的Al原子与Ni互相扩散,形成A13Ni、A13N2化合物,随着渗氮的时间的延长,Ni4N、A13Ni、 A13N2份数增加。这些化合物的存在增大了铝合金的表面硬度,其硬度最高达700HV,是基体硬度的7-8倍。（2）将7075铝合金与Mg-Zn合金在退火炉中进行互扩散发现,在460℃,10min退火后,扩散区内形成不同成分的Al-Mg-Zn合金相的扩散层,其硬度可达240HV,是铝合金基体的3倍；在470℃,60min退火后,扩散层组织为A1-Mg-Zn的共晶组织和Zn含量较高的Al-Mg-Zn相,其显微硬度为77.2HV,比铝合金基体硬度高20HV。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 铝合金
• 1.2 铝合金的分类
• 1.3 Al-Zn-Mg-Cu超高强铝合金研究现状
• 1.3.1 国外Al-Zn-Mg-Cu超高强铝合金的发展
• 1.3.2 我国Al-Zn-Mg-Cu超高强铝合金的发展
• 1.4 Al-Zn-Mg-Cu超高强铝合金的整体强化方式
• 1.4.1 固溶强化
• 1.4.2 沉淀强化
• 1.5 铝合金的表面强化
• 1.5.1 化学转化层处理
• 1.5.2 高能束表面处理技术
• 1.5.3 金属的涂层处理
• 1.6 实验目的
• 第2章 样品的制备和实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 化学镀装置
• 2.2.2 渗氮装置
• 2.2.3 合金熔炼装置
• 2.3 分析与测试方法
• 2.3.1 金相分析
• 2.3.2 XRD分析
• 2.3.3 扫描电镜（SEM）分析
• 2.3.4 硬度实验
• 第3章 铝合金化学镀镍和渗氮表面强化
• 引言
• 3.1 商用7075原始样品结构分析
• 3.2 商用7075铝合金化学镀镍
• 3.2.1 铝合金化学镀镍原理
• 3.2.2 化学镀Ni-P试样制备
• 3.2.3 化学镀镍层表面形貌
• 3.2.4 化学镀镍层镍元素分布情况
• 3.2.5 化学镀镍层截面形貌
• 3.2.6 化学镀镍层相分析
• 3.3 7075铝合金化学镀镍后渗氮行为研究
• 3.3.1 气体渗氮原理
• 3.3.2 氮化后表面形貌
• 3.3.3 氮化后截面形貌
• 3.3.4 氮化后相分析
• 3.3.5 氮化后硬度
• 3.4 本章小结
• 第4章 7075铝合金与Mg-Zn合金的互扩散
• 引言
• 4.1 Mg-Zn合金的制备
• 4.1.1 Mg-Zn合金的制备原理
• 4.1.2 Mg-Zn合金化学分析
• 4.2 Mg-Zn合金相结构
• 4.3 商用7075表面与Mg-Zn合金热扩散
• 4.3.1 实验材料
• 4.3.2 实验方法与步骤
• 4.3.3 实验结果分析
• 4.3.4 铝合金表面与Mg-Zn合金热扩散过程模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢