AZ91D镁合金表面激光改性的组织和性能研究

【摘要】：为了达到提高镁合金表面的硬度和耐腐蚀性的目的,本文在AZ91D镁合金表面上,使用最大激光功率为5kW的CO2横流激光器进行了激光熔凝和激光熔覆处理；在试验过程中,分别对激光熔凝处理、激光熔覆纳米Al2O3/WC/Co复合涂层和该复合涂层中添加Al粉三种表面改性工艺进行了研究,并且比较了原始镁合金和表面改性层分别在微观组织、物相组成、显微硬度以及电化学腐蚀等方面的性能。 首先,对AZ91D镁合金进行了激光熔凝处理,激光熔凝层呈月牙状,晶粒较基体明显减小而且只由α-Mg和β-Mg17Al12两相组成,熔凝层没有裂纹、气孔等缺陷,与基体形成良好的结合。在细晶强化和沉淀强化等的综合作用下,激光熔凝层的显微硬度以及耐腐蚀性都得到明显的提高。 考虑到作为硬质陶瓷颗粒的Al2O3拥有一系列优良的性质,例如高硬度、高稳定性和低密度,并且在激光熔覆层中的Al2O3是强化相；WC颗粒具有高的硬度和耐腐蚀性,在激光作用下分解为W和C,W碳化物随机均匀析出,起到很好的弥散强化和固溶强化作用；Co能够增强涂层的耐腐蚀性,本文在AZ91D镁合金表面激光熔覆了纳米Al2O3/WC/Co复合涂层,但只能添加少量的Co,因为Co会包裹在WC颗粒的表层,阻碍WC颗粒的分解。激光熔覆层形成了细小的树枝晶,靠近基体处为柱状晶,从熔覆层底部到表面,晶粒尺寸逐渐减小,没有明显的裂纹和气孔等缺陷。熔覆层的物相主要由Mg、Mg17Al12、Al2O3、W2C、WC和Co组成,生成了新物质W2C。与原始AZ91D镁合金相比,激光熔覆层的显微硬度以及耐腐蚀性都得到了很大程度的提高,这是由于晶粒细化,固溶强化以及弥散强化等的综合作用,显微硬度提高了约10倍多,自腐蚀电位比基体提高了约255mV,自腐蚀电流密度下降了约5150μA/cm2。 本文还对比了压铸镁合金AZ91D和铸造镁合金AZ91D两种基体材料在激光熔覆纳米Al2O3/WC/CO复合涂层后,熔覆层在显微组织、显微硬度以及耐腐蚀性方面的不同,并从激光功率和扫描速度两个影响因素考虑,得出了两种材料适宜的激光工艺参数。 最后,考虑到Mg与Al的良好冶金结合性能,在上述涂层中添加了Al粉,即在AZ91D镁合金表面激光熔覆了纳米Al2O3/WC/Co-Al复合涂层,得到了与基体结合良好的没有明显裂纹和气孔的熔覆层,物相由Mg、Mg17Al12、Al2O3、W2C、WC、Co和Al3Mg2组成,生成了新物质W2C和镁铝金属间化合物Al3Mg2。激光熔覆层的显微硬度和耐腐蚀性较原始镁合金有了显著改善,这是由于晶粒细化,Al和Al3Mg2的硬度和耐腐蚀性较高。