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《东北大学》 2009年
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镁合金ZK60及过共晶铝硅合金强流脉冲电子束表面改性研究

赵铁钧  
【摘要】:强流脉冲电子束处理是近十几年来发展起来的一门新兴材料表面改性技术。大量研究工作表明,强流脉冲电子束表面处理能显著提高铝和钢表面的抗腐蚀及耐摩擦磨损性能,因此为进一步扩大镁合金及铝硅合金的服役范围,本论文采用强流脉冲电子束对ZK60镁合金和过共晶铝硅合金进行表面改性,改善其抗腐蚀和耐摩擦磨损性能,研究改性层组织结构特征变化以及不同参数对合金耐腐蚀性能和摩擦磨损性能的影响;同时本论文首次尝试将微弧氧化和强流脉冲电子束复合改性应用于ZK60镁合金的表面改性中,初步探索此两种表面改性技术复合处理的可行性。研究主要结果如下: (1)经强流脉冲电子束处理后ZK60镁合金表面生成了一层厚度约为5-11μm的重熔层。重熔层最表层有少量裂纹和熔坑;同时由于镁的蒸发,表面沉积有细小的纯镁颗粒;重熔层组织晶粒细小,合金元素偏析程度显著降低、固溶度增加;3.5%NaCl溶液中动电位极化曲线测试结果表明ZK60镁合金强流脉冲电子束改性后耐腐蚀性得到显著提高,其中23KV加速电压下电子束轰击15次的ZK60镁合金腐蚀电流密度从311μA/cm2下降至42.2μA/cm2,下降了86%,腐蚀电位从-1312mV上升至-1220mV,升高了92mV;另一方面,摩擦磨损实验结果证明改性后的合金摩擦系数降低,磨损体积减少,耐磨擦性能得到提高,加速电压为27KV,轰击15次的样品摩擦系数和磨损量均优于其它样品,其磨损量下降了80%; (2)ZK60镁合金经微弧氧化处理后表面生成了一层厚度约为18μm的陶瓷层,陶瓷层由疏松层和致密层组成,疏松层分布有孔洞,约占整个膜层厚度的90%;经微弧氧化再经强流脉冲电子束处理的ZK60镁合金改性层厚度约为3~4μm,陶瓷层变的致密;经强流脉冲电子束再经微弧氧化处理的ZK60镁合金表面同样生成了一层厚度不均匀的陶瓷改性层;建立了强流脉冲电子束再微弧氧化处理表面改性层的简单生长模型。3.5%NaCl溶液中动电位极化曲线测试及摩擦磨损实验结果表明:经过复合表面改性处理的试样耐腐蚀性、耐摩擦性能均得到了提高,其中经强流脉冲电子束处理再经微弧氧化处理试样的耐腐蚀性能得到显著提高,腐蚀电流密度从311μA/cm2下降至0.2μA/cm2,降低了3个数量级;经微弧氧化再经强流脉冲电子束处理的试样磨损量降低了80%。复合表面处理实验同时验证了强流脉冲电子束的快速熔凝作用对微弧氧化形成的疏孔具有封孔作用,其具体实验参数的优化设置还有待进一步探索改进。 (3)强流脉冲电子束轰击实现铝硅合金表面快速熔凝,显著细化改性层内晶粒尺寸,提高合金元素Si的固溶度,Si相在合金中分布弥散,合金成分均匀化。强流脉冲电子束轰击处理使合金表面局部出现熔坑和微裂纹的特征形貌。熔坑形成过程可达到净化表层的效果,而微裂纹通过截面形貌观察只在最表层,对基体性能影响不大。性能测试结果表明强流脉冲电子束处理后三种过共晶铝硅合金摩擦系数降低,磨损量减小,耐磨性能提高。强流脉冲电子束处理后合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电流降低,24小时盐浸实验表明改性合金平均腐蚀速率均降低。处理合金耐蚀性能提高。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TG174.4

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