镁合金具有密度小、阻尼减震性好、比强度和比刚度高、散热性能好等优点,在航空航天、交通运输和通信电子行业中具有很好的应用前景,成为21世纪最有发展和应用前景的“绿色工程材料”。但是镁合金的耐腐蚀性能差,通过表面处理提高其耐腐蚀性能对于扩大镁合金的应用范围具有重要的实践意义。首先,采用表面机械研磨处理的方法,对AZ91D镁合金进行强变形处理,研究了弹丸直径与处理时间对AZ91D镁合金表面的显微组织的影响。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等对强变形后AZ91D镁合金的微观组织结构进行了表征,探明了表面强变形晶粒细化机理。其次,采用稀土熔盐扩渗的方法,研究了扩渗温度与扩渗时间对强变形AZ91D镁合金组织及耐蚀性能影响,对强变形后的镁合金进行稀土元素Ce、Nd、Y的单一和复合扩渗处理。采用扫描电镜(SEM)对表层组织形貌进行了观察和分析,并利用能谱EDS和XRD对表面扩渗层进行物相分析,最后,利用电化学工作站,测试了稀土渗层在3.5%NaCl水溶液中的耐腐蚀性能。研究结果表明:1)采用表面机械研磨强塑性变形处理的方法,能够细化AZ91D镁合金的表层晶粒。在一定范围内,试样表层晶粒随着弹丸直径的增大和机械研磨处理时间的延长而减小。2)当弹丸直径为16 mm、处理时间为180 min时,在AZ91D镁合金表层获得较厚的形变区,表层晶粒尺寸达到50 nm左右。3)孪生和位错滑移是AZ91D镁合金表面强变形晶粒细化的主要机制。在低应变塑性变形区,即短时间的强变形后,试样以孪生变形为主要的变形方式,随着处理时间的延长,应力和应变不断积累并逐渐增大,位错开始滑移、缠结,并诱发更多的滑移系启动,形成位错胞和亚晶粒,亚晶粒通过动态再结晶,逐级细化至超细晶粒。4)在强变形后的AZ91D镁合金表面,能够通过熔盐扩渗的方法,实现在较低温度下稀土元素Ce、Nd、Y的单一和复合扩渗,且经稀土扩渗后的AZ91D镁合金表面防腐能力得到明显提高。5)AZ91D镁合金经稀土熔盐扩渗后,表面能够获得一定厚度的、含有富稀土相的扩渗层,该扩渗层的主要成分为α-Mg相、少量的Mg17Al12相和Al2RE或AlRE3相。6)稀土扩渗工艺对强变形AZ91D镁合金组织和性能的影响规律研究发现:扩渗温度相同情况下,扩渗层厚度随着扩渗时间的延长而增加,扩渗层将变得更连续,致密性也提高。但扩渗时间不宜过长,扩渗太久不会继续增加扩渗层厚度,反而可能影响组织致密性,破坏基体的综合性能。扩渗时间相同情况下,扩渗层厚度随着扩渗温度的升高而增加,且温度的影响要比时间的影响更为显著。温度也不宜太高,温度过高容易产生裂纹,降低合金完整性。通过控制扩渗工艺,能够获得连续、致密的稀土相合金层,稀土相的出现,明显提高了镁合金表面的耐蚀性。Ce单元扩渗最佳的工艺为420℃×2.5h;Ce-Nd二元共渗的最佳工艺为440℃×2.5h;Ce-Nd-Y三元共渗的最佳工艺为440℃×2.5h。
