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铝离子注入AZ31镁合金的腐蚀磨损研究

李朋  
【摘要】:镁合金具有密度低、比强度高、尺寸稳定性、切削加工性能好、易于回收等优点,在汽车制造、航空航天、电子电器等工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景,而较差的腐蚀和磨损性能极大地限制了镁合金的广泛应用。目前,镁合金腐蚀磨损机理尚不清楚,因此很难采用合适的方法提高镁合金的腐蚀磨损性能。鉴于腐蚀和磨损均与材料表面密切相关,离子注入作为一种重要的表面合金化手段为腐蚀和磨损机理研究提供了有利条件。本文针对镁合金的腐蚀磨损问题进行金属Al离子注入AZ31镁合金表面改性研究,从结构和成分以及结合离子注入的自身工艺特点阐明了离子注入改善AZ31镁合金腐蚀磨损性能的机理,试图获得最佳的镁合金腐蚀磨损复合改性的离子注入工艺。 采用注入能量为40-50 keV,注入剂量分别为2×10~(16),6×10~(16),1×10~(17) cm~(-2)的Al离子常温及30℃高温注入AZ31镁合金,RBS分析结果表明,1×10~(17)cm~(-2)注入剂量常温和高温注入Al离子的峰值浓度分别为10at.%和8at.%,注入深度分别为840mm和1200mm.XRD分析结果表明,未注入试样主要由α-Mg相组成,同时还有金属间化合物β-Mg_(17)Al_(12)相和少量的MgO相被记录。常温下只有注入剂量为1×10~(17)ions cm~(-2)的试样有金属间化合物β-Mg_(17)Al_(12)相析出;在300℃高温下注入剂量为2×10~(16) ions cm~(-2)时,即有金属间化合物β-Mg_(17)Al_(12)相析出。 动电位阳极极化结果表明,在pH=12,0.01mol/1 NaCl溶液中,常温和高温Al离子注入AZ31镁合金耐腐蚀性能较未注入试样均得到改善,而且均是6×10~(16)cm~(-2)注入剂量试样具有高的腐蚀电位、钝化性能和抗点蚀击穿性能,维钝电流密度也比未注入试样降低了约一个数量级。在pH=12,0.08mol/1 NaCl溶液中,常温和300℃高温Al离子注入AZ31镁合金只有1×10~(17)cm~(-2)注入剂量试样的耐腐蚀性能有明显改善。腐蚀电位分别提高约180mV(SCE)和280 mV(SCE),点蚀击穿电位分别提高约150 mV(SCE)和220mV(sCE)。 常温和300℃高温Al离子注入AZ31镁合金在不同载荷下的表面显微硬度均高于未注入试样,随着注入剂量增大,显微硬度降低。其中,注入剂量为2×10~(16)cm~(-2)的常


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