表面纳米化处理对铝镁合金性能的影响

论文摘要

表面纳米化技术是一种针对材料表面进行处理的加工工艺,它一方面使材料具有了纳米材料优良的表面性能,另一方面使材料仍保留心部粗晶材料较好的抗蠕变性能,因此近年来表面纳米化技术普遍受到材料学界的关注,同时表面纳米化技术也对纳米材料应用于实际生产生活创造了一条新路。本文重点研究高能喷丸对A04112铝合金和AZ91D镁合金表面纳米化后力学性能和电化学性能的改变。高能喷丸处理后,金属最表面层出现纳米结构晶粒,晶粒大小从基体区到表面层呈梯度变化,晶粒逐渐变小,表面硬度和强度也逐渐升高,表面电化学性质发生改变,更容易形成致密氧化膜,从而对基体有更好的保护作用。因此我们利用显微硬度分析、X射线衍射分析、光学显微镜和扫描电子显微镜分析、能谱分析和阳极极化方法分别对铝合金和镁合金喷丸后的性能进行了研究,得到以下结论:关于晶粒细化和力学性能的研究,可以发现A04112铝合金和AZ91D镁合金在喷丸后表面层的晶粒非常细小,无法分辨,但随着晶粒至表面间距离的增加,晶粒逐渐可以分辨,这表示晶粒已逐渐变大。通过对喷丸后最表层的XRD分析,可以计算出A04112铝合金喷丸后表层晶粒大约为109nm,AZ91D镁合金喷丸后晶粒大约为68nm,可见铝合金和镁合金喷丸后表层晶粒都得到了显著的细化。由OM照片和SEM照片还可以粗略估算出镁合金细化层的厚度在200μm左右,铝合金细化层的厚度约120μm,这与显微硬度分析得出塑性变形影响层的厚度基本一致。另外通过研究AZ91D镁合金在不同热环境下晶粒的长大情况和峰位偏移情况,可以分析出其喷丸后纳米结构的热力学稳定性在200℃以内,当温度再升高时,晶粒将出现以动态再结晶为特征的晶粒长大,晶格畸变情况有明显改善,表面纳米化层随之失效。关于电化学性能的研究,可以发现A04112铝合金和AZ91D镁合金在喷丸后自腐蚀电位有所提高,自腐蚀电流也相应降低,这说明喷丸后的铝合金和镁合金比喷丸前的耐蚀性能有较大的提高。通过能谱仪观察铝合金在喷丸后表面形成的氧化膜,可以发现其有较好的耐蚀性,对基体有很强的保护作用,镁合金喷丸后形成的氧化膜虽然抗蚀性能也有所提高,但并没有根本性地改变,在腐蚀环境下对基体仍不能形成有效保护。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 诸论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料的发展过程及研究现状
• 1.3 铝镁合金的性质和结构
• 1.4 镁合金和铝合金的腐蚀类型
• 1.4.1 全面腐蚀
• 1.4.2 电偶腐蚀
• 1.4.3 孔蚀
• 1.5 镁合金和铝合金的强化方式及机理
• 1.6 铝镁合金的应用范围
• 1.6.1 在航空航天领域中的应用
• 1.6.2 在汽车工业中的应用
• 1.6.3 在3C领域中的应用
• 1.6.4 在国防军工领域中的应用
• 1.7 铝镁合金的表面性能和表面强化
• 1.8 纳米涂层技术与表面纳米化
• 1.9 表面纳米化对金属材料性能的改变
• 1.9.1 机械性能的变化
• 1.9.2 屈服强度的变化
• 1.9.3 疲劳性能的变化
• 1.9.4 耐腐蚀性能的改变
• 1.10 课题研究背景和研究内容
• 第二章 实验材料及实验方法
• 2.1 实验材料及加工工艺
• 2.2 金属材料喷丸后组织和性能的改变
• 2.3 表面纳米化处理的研究方法
• 2.4 表面剧烈塑性变形下晶粒细化机制分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 表面纳米化后组织观察与力学性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 铝镁合金喷丸后XRD分析
• 3.3 显微硬度测试
• 3.4 铝镁合金光学显微镜分析
• 3.5 铝镁合金扫描电镜分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 纳米化组织与电化学性能的研究
• 4.1 前言
• 4.2 电化学实验
• 4.3 电化学性能分析
• 4.4 表面纳米化处理对表面组织成份的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况