AZB镁合金激光熔凝层的显微组织

目 录第一章 绪论

1.1 研究背景及意义 ................................................................ 1.2 镁合金表面改性的方法 .......................................................... 1.3 镁合金激光表面改性的研究现状 .................................... 文档来自于网络搜索 1.4 本论文的研究内容 .............................................................. 第二章 试验设备及方法 .............................................................. 2.1引言 .......................................................................... 2.2试验材料 ...................................................................... 2.3试验设备 ......................................................................

2.3.1 激光表面改性设备 2.3.2 试验分析设备 2.4试验方法

2.5本章小结 ...................................................................... 第三章 AZ31B镁合金激光熔凝层的显微组织 ............................... 文档来自于网络搜索 3.1引言 .......................................................................... 3.2 熔凝层的宏观形貌

3.3 熔凝层的显微组织 .............................................................. 3.4熔凝层的物相 .................................................................. 3.5本章小结

第四章AZ31B镁合金激光熔凝层磨损性能分析 4.1 引言 4.2 熔凝层的硬度

4.3 激光功率对熔凝层的硬度的影响 4.4 熔凝层的耐磨损性能

4.5 激光功率对熔凝层的耐磨损性能的影响 4.6 本章小结 第五章 结论 参考文献 致谢

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附录

1.1研究背景及意义 -------------------------------------- 错误！未定义书签。文档来自于网络搜索 1.2镁合金表面改性的方法 ------------------------------------------------ 3文档来自于网络搜索 1.2.1 电化学镀 -------------------------------------------------------- 6文档来自于网络搜索 1.2.2 化学转化 -------------------------------------------------------- 7文档来自于网络搜索 1.2.3 阳极氧化 -------------------------------------------------------- 7文档来自于网络搜索 1.2.4 气相沉积 -------------------------------------------------------- 9文档来自于网络搜索 1.2.5 激光表面改性 --------------------------------------------------- 10文档来自于网络搜索 1.2.6 有机涂层 ------------------------------------------------------- 10文档来自于网络搜索 1.3 国外镁合金激光表面改性技术的发展现状 ------------------------------- 11文档来自于网络搜索 试验材料及试验设备 ----------------------------------------------------- 17文档来自于网络搜索 2.1引言 --------------------------------------------------------------- 17文档来自于网络搜索 2.2试验材料 ----------------------------------------------------------- 17文档来自于网络搜索 2.2.1基体材料 ------------------------------------------------------- 17文档来自于网络搜索 2.3试验设备 ----------------------------------------------------------- 19文档来自于网络搜索 2.3.1 激光表面改性设备 ----------------------------------------------- 19文档来自于网络搜索 2.3.2 试验分析设备 --------------------------------------------------- 21文档来自于网络搜索 2.4本章小结 ----------------------------------------------------------- 22文档来自于网络搜索 AZ31B镁合金激光熔凝的试验研究 ------------------------------------------ 23文档来自于网络搜索 3.2 试验方法 ----------------------------------------------------------- 23文档来自于网络搜索 3.2.1 预处理 --------------------------------------------------------- 23文档来自于网络搜索 3.2.2 试验工艺 ------------------------------------------------------- 24文档来自于网络搜索 3.3熔凝层的宏观形貌分析 ----------------------------------------------- 26文档来自于网络搜索 3.3.1 激光功率对熔凝层宏观尺寸的影响 --------------------------------- 27文档来自于网络搜索 (B) 熔深随激光功率变化的曲线 -------------------------------------------- 28文档来自于网络搜索 3.3.2 扫描速度对熔凝层宏观尺寸的影响 --------------------------------- 28文档来自于网络搜索 3.4熔凝层的微观组织分析 ----------------------------------------------- 29文档来自于网络搜索 3.4.1 熔凝层的显微组织 ----------------------------------------------- 29文档来自于网络搜索 2 / 49

3.4.2熔凝层的物相分析 ----------------------------------------------- 32文档来自于网络搜索 3.5熔凝层的性能分析 --------------------------------------------------- 34文档来自于网络搜索 3.5.1显微硬度分析 --------------------------------------------------- 34文档来自于网络搜索 3.5.2 磨损性能分析 --------------------------------------------------- 36文档来自于网络搜索 3.5.3 电化学腐蚀性能分析 ------------------------------ 错误！未定义书签。文档来自于网络搜索 3.6 本章小结 ----------------------------------------------------------- 39文档来自于网络搜索 参考文献 ------------------------------------------------ 错误！未定义书签。文档来自于网络搜索

研究背景及意义

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摘要

为了提高镁合金的磨损性能，采用激光熔覆技术在AZ31D镁合金表面熔覆了Zr-Cu-Ni-AI／TiC复合粉末，制备出TiC和原位合成ZrC共同增强的zr基非晶复合涂层。采用x射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)技术研究了熔覆层的组织}并利用干滑动磨损方法评价了涂层的耐磨性。研究结果表明，熔覆层组织主要由非晶和金属间化合物组成；在非晶相和金属问化合物复合作用下，熔覆层表现出优异的耐磨性；且随着TiC含量的增加，耐磨性得到迸一步的提高。涂层和基材AZ91D的主要磨损机制不同，前者是疲劳剥落和黏着磨损，后者是磨料磨损。文档来自于网络搜索 4 / 49

镁及镁合金具有密度低（? = 1.738 g/cm3）资源丰富、无污染和可回收利用的特点，并拥有比刚度、比强度高，阻尼性能良好，导热性好，电磁屏蔽能力强，加工性良好等优异性能，所以在能源、资源和环境问题特别突出的今天，镁材料已成为继钢铁、铝材料之后第三大金属工程材料，被誉为“21 世纪绿色工程材料”。[1,2]本世纪以来，由于世界各国对能源和环境保护的更加重视，镁的研究开发出现了新的局面，镁材料成为迅速崛起的新型工程材料。我国是镁业大国，镁资源约占全球总量的70%，原镁产量居世界首位，在镁工业领域拥有资源、产量、出口三大方面优势，为发展镁合金工业提供了良好的基础。但是，我国镁产品以镁材料为主，大部分以原材料形式出口，且价格比国外同类产品低得多。如何将资源优势转化为技术和产品优势，推动我国镁业的发展，已成为目前亟待解决的重要问题。而且就全球总体情况来看，镁合金的应用及相应的研究较其他材料严重滞后。究其原因是：第一，镁的晶体结构为密排六方，塑性加工困难，至今主要应用铸造产品，变形产品很少；第二，镁合金的常温力学性能很低，特别是硬度、塑韧性有待进一步提高[3]第三，镁合金的耐腐蚀性差，镁的电位非常低（平衡电位E = -2.73 V[1]） ，为电负性很强的金属，稳定性很差，而镁合金“缺乏自愈合的、自然钝化的表面膜”是其致命的缺点，镁的氧化物分子体积与金属原子体积之比小于1 ，镁表面生成的氧化膜疏松多孔，不能对基体起有效保护作用。这些都大大限制了镁及镁合金作为工程结构材料的应用范围。 所以，如何提高镁合金材料的强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐腐蚀性等综合性能，已成为当今材料学发展的重要课题。虽然可以通过制备镁基复合材料来提高镁合金的性能，例如：外加颗粒或纤维等增强体[4]但是这种方法的制造工艺复杂、技术难度大，价格昂贵，加上材料各向异性等原因，限制了它的应用。此外，由于镁合金容易燃烧、外加增强相与合金液的润湿性较差，传统的复合技术在制备镁合金复合材料尤其困难。更为重要的是， 在实际应用中， 镁合金零部件整体并不需要完全由镁基复合材料来制备，只需要其表面或局部区域具有较高的硬度、耐磨性和耐蚀性，而磨损和腐蚀恰恰是制约镁合金实际应用的瓶颈问题，因此，从材料的内在属性出发，解决镁合金性能方面存在不足的最佳途径之一是对其进行表面改性处理。 镁合金表面改性能够不改变镁合金基体的化学成分、相组成与微观结构，只改变镁合金与环境介质接触的表面层的化学成分、相组成和微观结构。这样，从整体上看还是原始的镁合金，但其表面与原来的镁合金相比有了很大的不同，甚至不再是镁合金的表面，而是另外一种金属、合金或复合材料，但是该金属表面是由原来的镁合金表面演化而来，与原来的镁合金表面还有一定的关系。镁合金表面改性的优点在于只提高表面的硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，而镁合金本身的性能(如密度等)不受影响。 激光是二十世纪自然科学的重大发明之一，自从 1960 年世界上第一台激光器诞生以来，激光技术就得到了越来越广泛的关注，特别是近几十年来迅速发展起来的材料表面改性技术——激光表面处理技术更是受到了前所未有的重视。与其它表面技术相比，激光表面处理技术有如下特点： (1) 激光束流能量密度高，可以在瞬间熔化或气化已知的任何材料，实现对包括难熔材料和高导热性材料在内的各种金属和非金属的加工。 (2) 激光束热源作用载材料表面上的功率密度高、作用时间极其短暂，加热和冷却速度快处理效率高。在理论上，激光热处理的加热速度可以达到1012℃/s[5](3) 激光表面处理对金属进行的是非接触式加热，没有机械应力作用。由于加热速度和冷却速度都很快，因此热影响区极小，热应力很小，工件变形也小，可以应用在尺寸很小的工件等用普通加热方法难以实现的特殊部位。 (4) 激光束易于传输和导向，可以对复杂零件表面进行处理。 (5) 由于激光的光斑面积小，金属本身的热容量足以使被处理的表面骤冷，因此不需要任何冷却介质，仅靠工件自身可冷却。 (6) 激光表面处理时，表面会产生残余压应力，从而大大提高金属表面的疲劳强度。 (7) 激光束加热的可控性能好，导向和能量传递最方便快捷，与光传输数控系统结合、用计算机精确控制，便于实现自动化处理，可以实现高度自动化的三位柔性加工；并且可以远距离传输，从而对特种放射性或易氧化材料进行表面处理。因此被誉为“未来制造系统共同的加工手段”。(8) 节省能源，不产生环境污染。 激光处理已经是镁合金表面处理的发展方向之一，这种处理方法比其他表面处理对环境的污染要小得多，多层熔覆不但能增加涂层厚度，而且细化晶粒，大幅度提高耐磨性和耐蚀性。文档来自于网络搜索 1.2镁合金表面改性的方法

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