消失模铸造镁合金表面合金化研究

论文摘要

镁合金是一种轻质结构材料,被广泛应用于各领域,但由于耐蚀性差,其大规模应用受到限制。消失模铸造作为一种净无余量的绿色铸造技术,在成形镁合金铸件方面有独特优势。为改善镁合金铸件的防腐性能,本文采用消失模铸造表面合金化的方法对镁合金进行表面改性处理,并得到了一些有意义的结论。首先,本文对消失模铸造镁合金表面铝元素合金化进行了研究。单因素试验研究表明:一定工艺条件下,浇注温度及真空度的阈值分别处于750780℃及0.020.04MPa之间,只有当两工艺参数取值大于其对应阈值时,镁合金表面才能形成合金化层。通过正交优化试验得到最优工艺条件:真空度为0.070.075MPa,粉体粒度为150μm,外层涂料为1层,粘结剂聚乙烯醇（PVA）含量为2.44%,浇注温度为780℃。该工艺下镁合金表面形成了厚度约为2mm、组织覆盖率接近100%的致密均匀合金化层。铝合金化层的形态呈菊花状或网状,主要由Mg17Al12、Mg和Al等物相组成。只有当组织覆盖率大于临界值约37%时,镁合金表面铝合金化层才能起到防腐作用,且组织覆盖率越高,镁合金耐蚀性越强。本实验最优工艺条件下镁合金表面合金化层的自腐蚀电位为-1.0628V,自腐蚀电流下降了两个多数量级。其次,本文对消失模铸造镁合金表面锌及铝锌复合合金化进行了探索。结果表明,在浇注温度为720℃或铸件模数为6.3mm的条件下,镁合金表面能形成以Mg17Al12、Al5Mg11Zn4、Zn、Mg为主要组成物相的具有一定防腐性能的锌合金化层。而当铝锌混合比例为3.5:1或铸件模数为10.4mm时,镁合金表面也能形成一层主要物相为Mg17Al12、Al、Zn、Mg的铝锌复合合金化层,腐蚀极化试验研究表明其自腐蚀电位相对AZ91D合金有所提高,自腐蚀电流下降一个多数量级,达到防腐蚀的效果。最后,以表面铝合金化为对象,建立了消失模铸造镁合金表面合金化模型,从理论上推导了表面合金化热力学及动力学条件,结果表明:热力学上,欲满足合金化过程的吸热量要求,镁合金熔体在铝熔点以上的降温幅度应至少为合金化层厚度的409.2倍;动力学上,镁合金的渗入深度与背压、粉体粒度、凝固时间、润湿角、金属液粘度及静压头等因素有关,且一定工艺条件下,真空度及粉体粒度均存在理论临界值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题目的及意义
• 1.2 镁合金腐蚀性能研究现状
• 1.3 消失模铸造表面合金化研究现状
• 1.4 本课题主要研究内容
• 2 试验材料及方法
• 2.1 试验材料及设备
• 2.2 试验方案
• 2.3 分析测试仪器
• 3 消失模铸造镁合金表面铝合金化研究
• 3.1 表面铝合金化工艺
• 3.2 表面铝合金化层组织及成分分析
• 3.3 表面铝合金化层腐蚀性能分析
• 3.4 本章小结
• 4 消失模铸造镁合金表面锌及铝锌复合合金化探索
• 4.1 镁合金表面锌合金化
• 4.2 镁合金表面铝锌复合合金化
• 4.3 镁合金表面锌及铝锌复合合金化特点分析
• 4.4 本章小结
• 5 消失模铸造镁合金表面合金化机理研究
• 5.1 消失模铸造镁合金表面合金化基本过程
• 5.2 消失模铸造镁合金表面合金化热力学分析
• 5.3 消失模铸造镁合金表面合金化动力学分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间撰写的论文和专利