AZ91D镁合金在干态及去离子水介质下的冲击磨损特性研究

论文摘要

目前,动态冲击载荷及介质腐蚀并存条件下镁合金的表面损伤情况还未见报道。本实验以去离子水为介质,探讨AZ91D镁合金在冲击载荷作用下的损伤行为,并与干态下的损伤情况做出对比,讨论了镁合金在干态与去离子水介质中,冲击条件下的损伤机理,并探讨影响冲击磨损性能的因素,具有重要的实际意义和理论意义。本文采用实验室自制冲击磨损试验机,对AZ91D镁合金在干态及去离子水介质下的冲击磨损行为进行了实验研究。系统考察了冲击载荷(20N和40N)及冲击次数(1×10~4～5×10~5)对磨损行为的影响;采用光学显微镜(OM)、激光共焦显微镜(LCSM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDX)及台阶仪等对冲击磨痕进行分析,探讨了冲击磨损机理,得出如下主要结论:1.干态下,AZ91D镁合金的冲击磨损表现出疲劳作用机制。磨损深度及面积随冲击次数的增加而缓缓增加。AZ91D镁合金磨损初期的主要损伤形式为塑性变形,塑变深度增加较快;随着冲击次数的增加,表层产生加工硬化,材料表现出粘着磨损和小块剥落损伤,深度增加速率减缓;后期表层材料塑变耗竭,萌生疲劳裂纹,裂纹扩展相交后导致材料发生大块疲劳剥层失效。2.去离子水介质下,AZ91D镁合金冲击磨损表现出疲劳剥层与腐蚀侵蚀的相互促进机制。磨损深度及面积随冲击次数的增加而快速增加。AZ91D镁合金磨损初期表面主要产生塑性变形和粘着磨损,后期表面萌生疲劳裂纹,裂纹出现后,水介质的腐蚀作用增强,液态介质渗入裂缝中,一方面去离子水本身对镁合金具有腐蚀作用,另一方面去离子水可引起点腐蚀,材料呈现深层脆性剥落的特征;同时,镁合金表面会生成一层腐蚀作用膜,冲击作用下,这层膜可能被持续破坏与生成,表现出深度的增加。总之,冲击力和水介质腐蚀共同作用加速了裂纹增殖和扩展,使AZ91D镁合金损伤严重。3.本试验两种冲击载荷下,去离子介质中AZ91D镁合金的磨损深度及面积均大于干态下的情况,并且增速也比干态下的快。去离子水介质中AZ91D镁合金的抗冲击磨损性能下低,去离子水介质并没有起到润滑或降低冲击磨损的作用,反而引起了材料表面的腐蚀,冲击磨损与表面腐蚀相互促进,加速了材料的损伤和失效。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 冲击磨损概述
• 1.1.1 研究现状
• 1.1.2 冲击磨损基本理论
• 1.1.3 国内外常见的冲击磨损试验机
• 1.2 镁合金冲击腐蚀磨损研究现状
• 1.2.1 冲击磨损
• 1.2.2 腐蚀行为研究
• 1.2.3 腐蚀磨损交互作用
• 1.3 本文研究意义和内容
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 试验方法
• 2.1 试验材料的选择和制备
• 2.1.1 球试样
• 2.1.2 平面试样
• 2.1.3 液态介质
• 2.2 试验装置与参数
• 2.2.1 试验装置
• 2.2.2 试验参数
• 2.3 微观分析方法
• 2.3.1 磨痕深度及面积
• 2.3.2 磨痕形貌
• 2.3.3 能谱与相分析
• 第3章 AZ91D镁合金在干态下的冲击磨损行为
• 3.1 接触应力计算
• 3.2 冲击斑尺寸的变化
• 3.2.1 冲击次数的影响
• 3.2.2 载荷的影响
• 3.3 冲击磨损行为
• 3.3.1 冲击次数对冲击磨损行为的影响
• 3.3.2 载荷对磨损行为的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 AZ91D镁合金在去离子水下的冲击磨损行为
• 4.1 冲击斑尺寸的变化
• 4.1.1 冲击次数的影响
• 4.1.2 载荷的影响
• 4.2 冲击磨损行为
• 4.2.1 冲击次数对冲击磨损行为的影响
• 4.2.2 载荷对冲击磨损行为的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 干态与去离子水介质下镁合金冲击磨损行为的对比与分析
• 5.1 冲击斑尺寸的变化
• 5.1.1 冲击载荷为40N时
• 5.1.2 冲击载荷为20N时
• 5.2 磨损行为
• 5.2.1 冲击载荷为40N时
• 5.2.2 冲击载荷为20N时
• 5.3 磨屑形态
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 研究工作展望