AZ91D表面真空蒸镀Al及Zn/Al复合涂层的组织与性能研究

论文摘要

做为现在实际应用中最轻的金属结构材料,镁合金除了具有低密度,高比强度和比模量,优异的阻尼减震性能及良好的电磁屏蔽性能等优良的物理特性外,还具有回收耗能低、易于加工等优点,这使得其在航空,汽车,3C电子产品上的应用比其他结构材料有明显的优势。但是,镁的标准电极电位为-2.73V,表面的氧化膜不致密,导致镁及其合金即使在大气环境中存放也会很快被腐蚀,这极大的限制了镁合金的广泛应用。本文以改善镁合金耐腐蚀性能为目的,采用真空蒸镀的方法在AZ91D镁合金表面沉积铝涂层或锌铝复合涂层,之后在大气条件下,对涂层试样施加一定的温度和压力,最终在镁合金表面获得与基体形成冶金结合的保护涂层。两类涂层实验的结果表明:真空蒸镀可以在镁合金表面形成完整致密的涂层;在32MPa,420℃下对铝涂层试样热压14h可以在AZ91D镁合金表面形成稳定的涂层,锌铝涂层试样未经热压处理即能在AZ91D镁合金表面形成稳定的涂层;在32MPa,400℃下对铝涂层试样热压14h锌铝涂层与基体的结合性能要优于铝涂层试样。采用扫描电镜（SEM）观察不同涂层试样的组织形貌,通过能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）分析其成分和物相组成。结果表明:经热压处理地方铝涂层试样,铝涂层可与镁基体形成相互扩散,经4h热压处理后,其扩散层深度可为25μm,在铝涂层与基体的界面处的相组成主要为α-Mg、α-Al、和Al3Mg2共晶相。用锌作为中间过渡层可以提高铝涂层与基体间的结合性能,经过4h热压处理后,其扩散层深度可达48μm,锌铝涂层试样在铝锌界面处可形成Al2Zn3共晶,在镁锌界面处可能形成Mg2Zn11或MgZn2共晶。铝涂层试样和锌铝涂层试样的表面显微硬度都有较大提高,为AZ91D镁合金基体硬度的1.22.2倍,这有助于提高涂层的耐磨性。全浸泡腐蚀实验的结果表明:在3.5wt.%NaCl溶液中浸泡72h后,铝涂层试样会出现涂层部分脱落的现象,基体内部破坏严重;锌铝涂层试样表面仅出现少量点蚀,基体未发现明显破坏,这说明两种涂层中只有锌铝涂层提高了镁合金基体的耐腐蚀性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 镁及镁合金的特点
• 1.1.1 镁的基本性质
• 1.1.2 镁合金分类及性能
• 1.2 镁合金的应用
• 1.2.1 航空航天及军工领域
• 1.2.2 3C 产品领域
• 1.2.3 汽车领域
• 1.2.6 能源领域
• 1.2.7 其它应用
• 1.3 我国镁业的发展现状
• 1.4 影响镁合金耐蚀性的原因
• 1.4.1 镁合金表面的自然氧化膜
• 1.4.2 镁合金的腐蚀特点
• 1.4.3 影响镁合金腐蚀的因素
• 1.4.4 镁合金腐蚀的评价方法
• 1.4.5 镁合金腐蚀的防护方法
• 1.5 国内外镁合金表面铝涂层技术的进展及其与耐蚀性分析
• 1.5.1 热喷涂法
• 1.5.2 扩散渗法
• 1.5.3 磁控溅射及辉光等离子注入法
• 1.5.4 真空蒸镀法
• 1.6 课题的研究内容及意义
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究意义
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验材料及设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 试验设备及装置
• 2.2 工艺参数的选定
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 实验准备
• 2.3.2 真空蒸镀实验
• 2.3.3 热压实验
• 2.3.4 检测和分析
• 第三章 试验结果及分析
• 3.1 真空蒸镀铝涂层的实验结果
• 3.1.1 铝涂层试样的显微组织结构
• 3.1.2 铝涂层试样的物相分析
• 3.2 真空蒸镀锌铝涂层的实验结果
• 3.2.1 锌铝涂层的显微组织及成分分析
• 3.2.2 锌铝涂层试样的物相分析
• 3.3 真空蒸镀涂层的显微硬度和耐蚀性的结果及分析
• 3.3.1 显微硬度结果和分析
• 3.3.2 耐蚀性试验结果和分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 真空蒸镀涂层的形成机理及腐蚀行为研究
• 4.1 真空蒸镀涂层的形成机理
• 4.1.1 真空蒸镀涂层的工艺特点
• 4.1.2 真空蒸镀涂层的形成过程
• 4.1.3 热压状态下的扩散过程
• 4.2 涂层形成过程中的影响因素
• 4.2.1 真空蒸镀涂层形成中的影响因素
• 4.2.2 热压中影响扩散的因素
• 4.3 腐蚀行为研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文