AZ91D镁合金激光熔覆与重熔层组织特征及其性能研究

论文摘要

采用激光熔覆的方法,在AZ91D镁合金表面成功地制备了Al+Si+Al2O3和Al+Al2O3+Mg-Y熔覆涂层。对AZ91D激光重熔和熔覆层的组织特征进行研究,并比较了Nd:YAG和CO2两种激光器激光处理后重熔层性能随激光工艺参数的变化规律。同时,较系统地研究了激光熔覆层的界面微结构及磨损和腐蚀行为。研究结果表明,熔覆层中Mg-Y中间合金的加入减少了界面污染,增加了Al和Al2O3的相间润湿性,强化了Al+Al2O3+Mg-Y激光熔覆层合金;少量纳米Al2O3可使熔覆层的均匀性和致密度增加;Nd:YAG激光器激光处理后的组织明显较CO2激光处理的细小。在此基础之上,给出了两种激光处理工艺的技术参数;通过对激光熔覆层微结构组织研究,首次揭示了激光熔覆层和AZ91D基体间‘锯齿状’晶的形成机理以及熔覆层内部Al2O3颗粒和Al基体的界面行为,并给出了Al2O3和Al界面间的晶体学取向关系;在干滑动摩擦条件下,熔覆层的摩擦系数小于AZ91D合金;耐磨性能随着载荷的增加而降低,随着颗粒体积分数的增加而提高,熔覆层的耐磨性明显高于AZ91D镁合金;分别分析了激光熔覆层和AZ91D合金在高、低载荷和不同滑动速度下的磨损机制,并提出了‘板块错动’的概念。腐蚀试验表明,Al+x%Al2O3激光熔覆层的耐蚀性明显优于AZ91D合金,其中,在室温下腐蚀电流密度比基体降低1个数量级;初步分析了激光熔覆层和AZ91D的腐蚀起源和机制,为镁合金激光熔覆的深入研究和工业应用提供可供参考的思路和方法。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁合金表面处理的的方法和研究现状
• 1.2.1 镁合金表面热喷涂
• 1.2.2 镁合金表面喷涂纳米和陶瓷涂层材料
• 1.2.3 镁合金表面喷涂氟聚合物协合涂层材料
• 1.2.4 镁合金表面激光改性
• 1.2.4.1 镁合金表面激光合金化（LSA）
• 1.2.4.2 镁合金表面激光重熔（LSM）
• 1.2.4.3 镁合金表面激光熔覆（LSC）
• 1.2.4.4 镁合金表面激光多层熔覆（LSOC）
• 1.2.5 镁合金表面化学处理
• 1.2.5.1 铬酸盐转化膜
• 1.2.5.2 磷酸盐转化膜
• 1.2.5.3 镁合金阳极氧化
• 1.2.5.4 镁合金等离子微弧氧化
• 1.2.6 镁合金表面渗层处理
• 1.2.7 镁合金表面电镀
• 1.2.8 镁合金表面气相沉积
• 1.2.9 达克罗涂层
• 1.2.10 镁合金表面处理的发展趋势
• 1.3 镁合金激光熔覆与激光重熔层的界面特征及其性能
• 1.3.1 镁合金激光熔覆与重熔层的界面
• 1.3.2 镁合金激光熔覆层材料的选择
• 1.3.3 镁合金激光熔覆与激光重熔层的摩擦磨损特性
• 1.3.3.1 干滑动摩擦过程及其相关的磨损机理
• 1.3.3.2 镁合金激光熔覆层的摩擦磨损机制及其影响因素
• 1.3.4 镁合金激光熔覆与激光重熔层的腐蚀行为
• 1.3.4.1 镁的腐蚀机理
• 1.3.4.2 镁合金以及激光熔覆与激光重熔层的腐蚀特性
• 1.4 选题意义和主要研究内容
• 第2章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验用基体材料
• 2.2 熔覆材料的选择与制备
• 2.2.1 熔覆材料中的基体和增强相材料
• 2.2.2 镁合金激光熔覆的工艺方法
• 2.3 实验设备
• 2.4 样品表征
• 2.4.1 X 射线衍射分析
• 2.4.2 扫描电镜和能谱分析
• 2.4.3 高分辨透射电镜分析
• 2.4.4 原子力显微镜分析
• 2.5 差热分析实验
• 2.6 性能测试
• 2.6.1 显微硬度测试
• 2.6.2 摩擦磨损测试
• 2.6.3 腐蚀实验
• 第3章 AZ91D 表面激光重熔处理
• 3.1 AZ91D 激光重熔处理的组织特征
• 3.1.1 Mg 和Al 混合粉的DTA 试验
• 3.1.2 AZ91D 镁合金凝固过程的特点
• 3.1.3 AZ91D 镁合金激光重熔层的组织特征
• 3.1.3.1 AZ91D 镁合金Nd:YAG 激光重熔层的组织特征
• 3.1.3.2 AZ91D 镁合金C02 激光重熔层的组织特征
• 3.2 激光工艺参数对重熔层显微硬度的影响
• 3.3 Nd:YAG 和C02 激光重熔层性能比较
• 3.4 镁合金激光重熔层强化机理
• 3.5 本章小结
• 第4章 AZ91D 镁合金激光熔覆Al 基涂层
• 4.1 激光熔覆层原始材料的制备
• 2O₃'>4.2 镁合金AZ91D 表面激光熔覆Al+Si+Al₂O₃
• 4.2.1 镁合金激光熔覆Al+Si+A1203 的组织特征
• 4.2.2 激光熔覆工艺参数对熔覆层性能的影响
• 2O₃+Mg-Y'>4.3 镁合金AZ91D 表面激光熔覆Al+Al₂O₃+Mg-Y
• 2O₃ 的晶体结构和物理性质'>4.3.1 Al₂O₃的晶体结构和物理性质
• 2O₃ 与Al 润湿性的改善'>4.3.2 Al₂O₃ 与Al 润湿性的改善
• 2O₃+Mg-Y 激光熔覆层的组织特征'>4.3.3 Al+Al₂O₃+Mg-Y 激光熔覆层的组织特征
• 4.3.4 激光熔覆层的显微硬度
• 4.4 激光熔覆熔池的对流及其影响因素
• 4.4.1 激光熔覆熔池的对流特征
• 4.4.2 激光熔覆熔池对流的影响因素
• 4.5 本章小结
• 第5章 激光熔覆层界面微结构与熔池凝固行为
• 5.1 激光熔覆层界面微结构
• 2O₃ 激光熔覆层界面微结构'>5.1.1 Al+Al₂O₃激光熔覆层界面微结构
• 2O₃ 激光熔覆层界面微结构'>5.1.2 Al+Si+Al₂O₃激光熔覆层界面微结构
• 5.2 激光熔覆中熔池的凝固行为
• 5.2.1 激光作用下的瞬态温度场分布
• 5.2.2 激光熔池凝固组织形成分析
• 5.2.3 界面结合区中锯齿状晶的形成机理
• 5.3 本章小结
• 第6章 激光熔覆层摩擦磨损和腐蚀行为
• 6.1 激光熔覆层材料的摩擦磨损行为
• 6.1.1 熔覆层的摩擦磨损性能
• 6.1.1.1 熔覆层的显微硬度
• 6.1.1.2 载荷和体积分数对熔覆层磨损性能的影响
• 6.1.1.3 激光熔覆层和AZ91D 的摩擦系数
• 6.1.2 熔覆层表面的摩擦磨损和磨屑形貌分析
• 6.1.3 熔覆层的摩擦磨损机理
• 6.2 激光熔覆层的腐蚀行为
• 6.2.1 熔覆层合金和基体的腐蚀性能
• 6.2.2 熔覆层合金和基体的腐蚀形貌
• 6.2.3 熔覆层和基体的腐蚀产物分析
• 6.2.4 基体和熔覆层合金的腐蚀机理分析
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果
• 摘要
• Abstract
• 致谢