镁合金表面激光熔覆Al+(Zr+B4C)复合涂层的组织与性能研究

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镁合金具有比重小、比强度和比刚度高、对震动、冲击具有较好的吸收性以及无毒易回收利用等优点。随着现代工业的迅速发展,人们对镁合金的要求也越来越高,而激光熔覆技术可以改善镁合金的硬度、耐磨损性和耐腐蚀性,因此被广泛用来提高镁合金的表面性能。本文将Al、Zr、B4C和Y2O3按照一定比例混合在一起作为熔覆材料,采用激光熔覆技术在AZ91D镁合金表面制备熔覆涂层。使用X射线衍射仪、扫描电镜对熔覆涂层的物相组成和显微组织进行观察研究。通过显微硬度计、磨损试验仪以及电化学工作站等检测设备对熔覆涂层的显微硬度、耐磨损性和耐腐蚀性进行测试分析。结果表明Al+(Zr+B4C)涂层主要由ZrC、Al3Zr、Al9.83Zr0.17、Al12Mg17、Al3Mg2、AlB2和α-Mg组成。涂层中主要包含白色颗粒状相、灰色棒状相、小的灰色点状相以及黑色块状相,大部分相的尺寸在3μm左右。原位生成的主要强化相ZrC和Al3Zr分别以白色颗粒状相和灰色棒状相的形式存在。随着熔覆涂层中(Zr+B4C)的含量的增加,熔覆涂层的显微硬度逐渐提高。含30%(Zr+B4C)的涂层的最高硬度为346HV,与AZ91D镁合金基体的硬度值(67HV)相比提高了5倍。由于硬度的提高,熔覆涂层的耐磨性也要比未经过表面改性的镁合金基体高,并且随着涂层材料中(Zr+B4C)含量的增加,摩擦系数逐渐降低。观察经过磨损试验后的熔覆试样的表面形貌表明磨损是以黏着磨损和磨粒磨损为主。熔覆试样与未经过表面处理的AZ91D镁合金相比,腐蚀倾向更小,耐腐蚀性更高。稀土氧化物Y2O3对Al+20%(Zr+B4C)熔覆层的显微组织影响不大,析出相仍然以颗粒状相和棒状相为主。加入0.8%Y2O3后,涂层主要由ZrC、Al3Zr、AlB2、Al-Mg金属间化合物Al12Mg17以及稀土化合物Al3Y、Al2Y和Al4MgY组成。当熔覆材料中的Y2O3的含量提高到1.6%后,由于稀土含量的增加,熔覆涂层中稀土化合物的种类也随之增加,但仍以Al-Y金属间化合物为主。加入Y2O3后的激光熔覆层组织更加致密,涂层中的气孔数量明显减少,且随着Y2O3含量的增多逐渐递减。加入1.6%的Y2O3的熔覆涂层与基体和加入0.8%Y2O3的熔覆涂层相比,硬度更高,耐腐蚀性更好。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
第一章 绪论第10-21页
    1.1 镁合金的性能特点及其应用概况第10-11页
    1.2 镁合金表面改性进展第11-15页
        1.2.1 化学转化膜第11页
        1.2.2 阳极氧化第11页
        1.2.3 微弧氧化第11-12页
        1.2.4 离子注入第12页
        1.2.5 气相沉积第12页
        1.2.6 化学镀第12-13页
        1.2.7 热喷涂第13-14页
        1.2.8 激光表面改性第14-15页
    1.3 镁合金激光熔覆研究现状第15-19页
    1.4 ZrC和Al_3Zr的主要性质及研究现状第19-20页
    1.5 本文的研究内容第20-21页
第二章 试验材料、设备与方法第21-34页
    2.1 试验材料第21-23页
    2.2 试验设备第23-27页
        2.2.1 激光熔覆试验设备第23-25页
        2.2.2 制备金相试样设备第25页
        2.2.3 光学显微镜第25页
        2.2.4 扫描电子显微镜第25页
        2.2.5 X射线衍射仪第25页
        2.2.6 显微硬度计第25-26页
        2.2.7 磨损试验仪第26-27页
        2.2.8 电化学工作站第27页
    2.3 试验方法第27-34页
第三章 AZ91D镁合金表面激光熔覆Al+(Zr+B_4C)第34-51页
    3.1 (Zr+B_4C)的含量对熔覆层物相组成的影响第34-36页
    3.2 (Zr+B_4C)的含量对熔覆层显微组织的影响第36-41页
    3.3 (Zr+B_4C)的含量对熔覆层硬度的影响第41-43页
    3.4 (Zr+B_4C)的含量对熔覆层耐磨性的影响第43-46页
    3.5 (Zr+B_4C)的含量对熔覆层耐腐蚀性的影响第46-49页
    3.6 本章小结第49-51页
第四章 AZ91D镁合金表面激光熔覆Al+(Zr+B_4C)+Y_2O_3第51-60页
    4.1 稀土氧化物Y_2O_3对熔覆层物相组成的影响第51-53页
    4.2 稀土氧化物Y_2O_3对熔覆层显微组织的影响第53-56页
    4.3 稀土氧化物Y_2O_3对熔覆层硬度的影响第56-57页
    4.4 稀土氧化物Y_2O_3对熔覆层耐腐蚀性的影响第57-58页
    4.5 本章小结第58-60页
结论第60-61页
参考文献第61-67页
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果第67-68页
致谢第68-69页
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