AZ91D镁合金表面DC-PMIG熔覆Al-Si复合层的组织与性能研究

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镁是世界上最丰富的矿产资源之一,地壳中储量极其丰富。镁合金具有密度低、塑性好、易加工成型和可回收再利用等优点,被誉为“21世纪绿色工程材料”。然而,镁合金耐蚀性差、硬度低等缺点制约了其性能优势的发挥。直流脉冲熔化极惰性气体保护焊(DC-PMIG)是一种较为成熟的加工方法,易在大规模工业生产中应用,采用该技术改善镁合金表面综合性能对扩展镁合金应用范围具有重要意义。以ER4043铝硅合金焊丝为熔覆材料,采用DC-PMIG在AZ91D镁合金表面制备Al-Si复合层。利用Simufact.welding软件模拟熔覆热过程,对不同热输入熔覆过程中的温度场进行数值模拟,在此基础上选择和优化熔覆热输入和工艺参数。结果表明:数值模拟方案13,即热输入为875-1281 J/cm之间,熔覆层与基体结合较好且稀释率较低。在数值模拟得到的热输入范围内进一步优化,设置不同工艺参数进行试验,得到不同热输入试样。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪观察并分析试样的组织形貌和物相组成,采用显微硬度计、电化学工作站测定试样的显微硬度和耐腐蚀性能。研究结果表明:不同热输入试样的表面成型效果及气孔率不同。熔覆层中的主要成分为α-Al固溶体、Al-Si共晶和Mg2Si。基体和熔覆层之间存在过渡区,热输入大小直接影响过渡区的厚度。过渡区中存在多种金属间化合物,主要为Al12Mg17,Al3Mg2和Mg2Si。不同热输入试样的显微硬度与基体相比都得到了提高(5070 HV0.1)。电化学腐蚀试验得到的极化曲线及数据分析可知,基体的自腐蚀电位为-1467mV,低于不同热输入下熔覆层的自腐蚀电位。随着热输入的增加,熔覆层的自腐蚀电流密度增大,耐蚀性能降低。得出结论:热输入在一定范围内,采用DC-PMIG方法可以在镁合金表面制备毫米级厚度且表面成型良好的Al-Si复合层。其中低热输入有利于减少气孔,减少过渡区厚度,降低熔覆层自腐蚀电流密度从而提高其耐蚀性。因此热输入为1062 J/cm,即电流59A,电压18V,移动速度10mm/s时,性能最佳。
摘要第4-6页
abstract第6-7页
第一章 绪论第10-21页
    1.1 选题背景及意义第10-11页
    1.2 国内外镁合金表面改性技术发展现状第11-15页
        1.2.1 物理或化学表面改性技术第12-13页
        1.2.2 高能表面改性技术第13-15页
    1.3 镁/铝异种合金焊接技术及研究现状第15-17页
    1.4 DC-PMIG工艺特性第17-19页
    1.5 论文研究内容及技术路线第19-21页
第二章 热过程模拟与参数优化第21-35页
    2.1 熔覆过程数值模拟分析基础第21-29页
        2.1.1 Simufact.welding有限元软件主要特点与应用第21-23页
        2.1.2 热过程模型的建立第23-26页
        2.1.3 材料参数、几何模型建立、网格划分、边界条件第26-28页
        2.1.4 数值模拟前热源校核第28-29页
    2.2 数值模拟不同热输入下的温度场第29-33页
        2.2.1 熔覆过程中不同时刻瞬态温度场分布第29-31页
        2.2.2 平行于焊道截面的温度场分布第31-32页
        2.2.3 垂直于焊道截面的温度场分布第32-33页
    2.3 本章小结第33-35页
第三章 试验材料、设备及方法第35-43页
    3.1 试验材料第35页
    3.2 熔覆设备及工艺第35-37页
        3.2.1 熔覆设备第35-37页
        3.2.2 熔覆工艺参数设计第37页
    3.3 检测设备与试验方法第37-42页
        3.3.1 金相分析试验第37-39页
        3.3.2 扫描电镜及能谱分析试验第39-40页
        3.3.3 物相分析试验第40页
        3.3.4 显微硬度试验第40-41页
        3.3.5 电化学腐蚀试验第41-42页
    3.4 本章小结第42-43页
第四章 AZ91D镁合金表面DC-PMIG熔覆Al-Si复合层第43-64页
    4.1 不同热输入对表面成型质量的影响第43-46页
    4.2 不同热输入对显微组织的影响第46-48页
    4.3 显微组织分析第48-57页
        4.3.1 熔覆层组织分析及形成机理第49-51页
        4.3.2 过渡区组织分析及形成机理第51-57页
    4.4 X射线衍射分析第57-58页
    4.5 性能测试第58-62页
        4.5.1 显微硬度第58-60页
        4.5.2 电化学腐蚀第60-62页
    4.6 本章小结第62-64页
第五章 结论第64-66页
参考文献第66-71页
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果第71-72页
致谢第72-73页
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