激光冲击强化处理AZ31B镁合金抗应力腐蚀性能研究

论文摘要

镁合金由于它的低密度、高比强度以及良好的减振性能而被广泛的应用于汽车、航空航天、电子产品等方面。镁是一种非常活泼的金属,在多数环境条件下都易受到腐蚀,尤其是作为结构材料在使用中往往受到机械应力与腐蚀介质的共同作用,易产生应力腐蚀开裂。镁合金的应力腐蚀开裂是一种常见的局部腐蚀,其破坏性很大。本文以AZ31B镁合金为研究对象,进行镁合金表面的激光冲击强化处理,以期待改善镁合金表层的残余应力分布状态,进而改善其抗应力腐蚀性能。对经过激光冲击强化处理的镁合金试样采用金相观察(OM)、X射线衍射应力仪(XRO)和扫描电子显微镜(SEM)等分析手段,并进行了镁合金的应力腐蚀试验研究。论文研究的主要工作和取得的创新点如下:对激光冲击后的AZ31B镁合金试样进行金相分析,试样表层的晶粒发生明显的细化现象,并且随着激光冲击次数的增加,晶粒细化的程度更加明显。激光冲击四次后,晶粒的平均尺寸变成了5.8μm。XRD图谱表明激光冲击后(002)衍射峰的峰值密度出现明显的弱化现象,并且随着激光冲击次数的增加弱化现象更加明显。采用X射线衍射应力仪对激光冲击区域进行检测,发现冲击试样的表面形成一残余压应力层。在激光功率密度一定的时候,激光冲击在试样表面所产生的残余压应力值随冲击次数的增加而增加,但是增长率却随冲击次数的增加而减少;并且当功率密度为5GW/cm~2、光斑直径为5mm时,产生的残余压应力层的深度为0.8mm,它随着激光冲击次数的增加没有明显的变化。采用AZ31B镁合金弯梁试样进行应力腐蚀试验研究,试验表明,常温下弯梁试验在质量分数为1%的氢氧化钠水溶液中浸泡500小时后,未经激光冲击处理的区域出现应力腐蚀裂纹,并且在激光冲击区域边缘停止扩展;经过激光冲击处理的预制应力腐蚀微裂纹的弯梁试样在同样的腐蚀环境下浸泡100小时后应力腐蚀裂纹的扩展速度明显小于未经激光冲击处理的预制应力腐蚀微裂纹试样的扩展速度。通过对应力腐蚀裂纹的金相分析和断口分析,AZ31B镁合金的应力腐蚀开裂时沿晶开裂,它是阳极溶解和氢致开裂共同作用的结果。通过以上的研究表明,采用激光冲击强化处理,获得的残余压应力层能有效地阻止AZ31B镁合金应力腐蚀裂纹的萌生和扩展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 镁及其合金的概述
• 1.1.1 镁合金的特性
• 1.1.2 镁合金的应用
• 1.2 镁合金的应力腐蚀
• 1.3 镁合金的表面处理
• 1.3.1 化学转化处理—化学转化膜
• 1.3.2 氢化物涂层
• 1.3.3 阳极氧化处理
• 1.3.4 气相沉积工艺
• 1.3.5 电化学镀
• 1.3.6 其他表面改性技术
• 1.4 激光冲击强化的技术
• 1.4.1 激光冲击强化的基本概念
• 1.4.2 激光冲击强化的特点
• 1.4.3 激光冲击强化抗应力腐蚀的研究概况
• 1.5 本课题的提出、意义和主要内容
• 第二章 激光冲击过程理论分析及镁合金应力腐蚀机理
• 2.1 强激光对金属材料的辐照效应
• 2.1.1 激光与材料的相互作用的物理过程
• 2.1.2 金属材料对激光能量的吸收
• 2.2 激光诱导冲击波的形成机理
• 2.2.1 等离子体的形成和特性
• 2.2.2 等离子体与激光能量的作用
• 2.2.3 激光冲击波的形成
• 2.3 激光冲击强化处理的物理模型
• 2.4 影响激光冲击强化处理的主要因素
• 2.4.1 激光参数的影响
• 2.4.2 约束层的影响
• 2.4.3 吸收层的影响
• 2.5 激光冲击镁合金抗应力腐蚀的机理分析
• 第三章 激光冲击强化处理AZ31B镁合金的试验研究
• 3.1 激光冲击强化处理的试验设备及试验条件
• 3.1.1 试验装置
• 3.1.2 试验试样的选择和制备
• 3.1.3 试验试样的装夹
• 3.1.4 试验方案的确定
• 3.2 表面形貌
• 3.2.1 激光冲击宏观形貌
• 3.2.2 激光冲击凹坑轮廓线测试
• 3.3 显微组织结构
• 3.4 残余应力的测定
• 3.4.1 X射线衍射技术的原理
• 3.4.2 测量仪器
• 3.4.3 应力测量结果
• 3.5 小结
• 第四章 AZ31B镁合金应力腐蚀试验研究
• 4.1 应力腐蚀试验
• 4.1.1 试验方案
• 4.1.2 金相显微分析
• 4.1.3 扫描电镜分析
• 4.2 应力腐蚀结果与讨论
• 4.3 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文