镁合金微弧氧化膜层性能优化研究进展

镁合金是一类重要的工程材料,具有许多优良的物理、化学性能,在航空航天、交通运输、电子通信、生物医学和能源等领域具有广阔的应用前景。镁合金的应用受到其高化学活性的限制,需要进行表面处理,以避免腐蚀。在众多表面处理技术中,微弧氧化技术极大地改善了镁合金的综合性能。其中,工艺参数对膜层性能有着重要的影响。在分析微弧氧化膜层厚度、微观结构和相组成成因的基础上,结合国内外研究现状重点阐述了电解质、颗粒添加物、电参数（电流模式、电压、电流密度、占空比、频率和氧化时间）对膜层耐蚀性、耐磨性及生物学性能的影响,并由此引出调控导向性、陶瓷膜增韧、性能匹配优化及能源利用率等关键问题。此外,还探讨了研究者针对上述问题采取的解决方案,并分析了方案的合理性。最后,结合镁合金微弧氧化目前存在的问题对其未来发展进行了展望。     

铸态Mg-xAl(x=9, 12, 15)合金的组织结构及腐蚀行为研究

通过半连续铸造的方法制备了Mg-xAl(x=9, 12, 15)合金。采用XRD、OM和SEM分析研究了Al含量对铸态Mg-Al合金的组织结构变化的影响。同时,利用浸泡腐蚀实验和动电位电化学极化曲线研究了Mg-xAl(x=9, 12, 15)合金的耐蚀行为。最后,通过SEM观察去除腐蚀产物后样品表面形貌,研究了其腐蚀机理。结果表明：三种合金材料的组织都是由α-Mg相和β-Mg₁₇Al₁₂相组成,而且β相含量随着Al含量的增多而增多。从而研究的三种合金中随β相的增多,合金的耐腐蚀性能逐渐增高,即Mg-15%Al合金的耐腐蚀性能最好,Mg-9%Al的最差。铸态Mg-Al合金在3.5%NaCl溶液中浸泡72小时后,表面都可以形成氧化膜,随着Al含量增高,膜层的稳定性增高。     

Mg-6Al-3Zn-2Ca-xNd合金微观组织及性能研究

研究了添加不同含量的稀土元素Nd对AZC632镁合金显微组织和力学性能的影响,结果表明,在AZC632镁合金中添加适量的Nd元素,能使合金基体组织均匀、晶粒细化,第2相β-Mg17Al12分离变细变少,由连续网状分布转变为离散断续的条状及点状分布,同时也出现了针状的新相。随着Nd元素含量的增加,AZC632镁合金的抗拉强度、伸长率及硬度也都得到了明显的改变。     

Mg-1．5Mn-1．5Y-3Sn合金显微组织及力学性能研究

采用挤压结合固溶时效方法,对铸态Mg-1．5Mn-1．5Y-3Sn合金进行了处理。利用扫描电镜、X射线衍射仪及显微硬度计等,研究该本合金在不同的热处理工艺下的显微组织及力学性能。试验结果表明,在铸态下,本合金的显微组织由α-Mg基体、大量颗粒状的第二相Mg2Sn、少量的针状YMg—Sn相组成。经过挤压和固溶后,微观组织中出现纤维状条纹,获得最佳力学性能的时效时间是66h（〈180℃）。拉伸试验表明,最大延伸率8为7％,抗拉强度约为230MPa。断口分析发现,合金的断裂方式主要为准解理断裂。     

Microstructures and Properties of Melt-Spun and As-Cast Mg-20Gd Binary Alloy

Mg-20Gd（ %, mass fraction）samples were prepared using melt-spinning and copper mold casting techniques. Microstructures and properties of the Mg-20Gd were investigated. Results show that the melt-spun ribbon is mainly composed of supersaturated a-Mg solid solution phase and the as-cast ingot mainly contains a-Mg solid solution and MgsGd phase. The differential scanning calorimeter （DSC） curve of the ribbon exhibits a small exothermic peak in the temperature range from 630 to 680 K, which indicates that the ribbon contains a metastable phase （amorphous）. Tensile strength at room temperature of the melt-spun ribbon and as-cast specimen are 308 and 254 MPa, respectively. The elongations of the two samples are less than 2 %. The fracture surfaces demonstrate that the fracture mode of the as-cast Mg-20Gd is a typical cleavage fracture and that of the melt-spun sample is a combination of brittle fracture and ductile fracture.     

Mg-8Al-Sr-xCa (x=0.5, 1.0, 1.5) 合金的显微组织和力学性能

研究了Mg-8Al-Sr-xCa合金的显微组织和力学性能。铸态合金组织主要由α-Mg相和β-Mg17Al12相组成。在Ca添加至1.5%(质量分数,下同)后,形成少量Al2Ca颗粒。挤压过程中合金发生了动态再结晶,晶粒明显细化,同时第二相碎化,时效后组织中的β相趋于球形。拉伸结果显示,在Ca含量由0.5%增至1.5%时,铸态和挤压时效态合金的拉伸性能逐渐提高。挤压时效态AJ80+1.5%Ca的屈服强度和抗拉强度分别为274 MPa和327 MPa,该合金优异的拉伸强度主要是细晶强化和Al2Ca颗粒与含Ca的β-Mg17Al12相析出强化的结果。     

热处理对挤压态Mg-9Sn-1.5Y-0.4Zr镁合金显微组织与力学性能的影响

本文对热处理对挤压态Mg-9Sn-1.5Y-0.4Zr镁合金显微组织与力学性能的影响进行了实验性探究。结果显示热处理对挤压态Mg-9Sn-1.5Y-0.4Zr镁合金显微组织与力学性能具有显著影响。挤压态合金主要由非均匀分布的Mg2Sn相组成。经过495℃,10h固溶处理之后,大部分Mg2Sn相溶入到基体中。时效处理能大幅改善Mg-9Sn-1.5Y-0.4Zr合金的力学性能,最佳时效工艺为：在250℃条件下时效60h。实验最终力学性能参数为：维氏硬度89HV,极限抗拉强度262MPa,屈服强度218MPa,延伸率10.4%。基于实验结果分析,可以发现对于经时效处理的挤压态Mg-9Sn-1.5Y-0.4Zr合金,沉淀强化是主要的强化因素（~51.76%）。     

镁合金板材轧辊流体传热液固耦合传热模型研究

针对目前镁合金板材轧制过程轧辊温度控制方式简易,精度差,易造成板材的板形、板厚及裂纹等缺陷,采用流体循环流动传热的方式对轧辊进行温度控制,且使用Fluent软件对二者间的流固耦合传热过程进行了数值模拟,并进行了实验验证,给出了其传热过程中轧辊温度场的趋势和规律。结果表明:该方法加热轧辊时,其表面温度分布较均匀,边部与中间的温差最大为6℃,且流体温度与速度对其影响较小;在不同的流体温度和流体速度下,轧辊表面温度均呈速率减小的趋势上升,流体温度升高及速度增大时,轧辊温升变快,且流体温度对轧辊温升的影响大于流体速度对其的影响;得出了在不同加热条件下,轧辊表面的温度值与时间的关系式;对轧辊停止加热后到轧辊表面开始温降有一段延续期,流体的温度越高,延长时间越长;轧辊温升阶段的模拟结果与实验结果相比,流体温度升高,其误差变大,轧辊温度升高,误差也变大,两者间最大误差为16.16%,总体结果较吻合,表明该模型可以正确表示流体加热轧辊的传热过程。     

镁合金板材轧辊流体传热液固耦合传热模型的建立及数值模拟

针对目前镁合金板材轧制过程轧辊温度控制方式简易,精度差,易造成板材的板形、板厚及裂纹等缺陷,本文采用流体循环流动传热的方式对轧辊进行温度控制,且使用fluent软件对二者间的流固耦合传热过程进行了数值模拟,并进行了实验验证,给出了其传热过程中轧辊温度场的趋势和规律。结果表明：该方法加热轧辊时,其表面温度分布较均匀,边部与中间的温差最大为6℃,且流体温度与速度对其影响较小;在不同的流体温度和流体速度下,轧辊表面温度均呈速率减小的趋势上升,流体温度升高及速度增大时,轧辊温升变快,且流体温度对轧辊温升的影响大于流体速度对其的影响;得出了在不同加热条件下,轧辊表面的温度值与时间的关系式;对轧辊停止加热后到轧辊表面开始温降有一段延续期,流体的温度越高,延长时间越长;轧辊温升阶段的模拟结果与实验结果相比,流体温度升高,其误差变大,轧辊温度升高,误差也变大,两者间最大误差为16.16%,总体结果较吻合,表明该模型可以正确表示流体加热轧辊的传热过程。     

Ca含量对Mg-Al-Sr-Mn合金组织和性能的影响

采用OM、XRD、SEM等方法研究了不同Ca含量对Mg-3.5Al-0.4Sr-0.5Mn合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,铸态合金的显微组织主要包括α-Mg相和β-Mg17Al12相。加入适量碱土金属Ca后,部分Ca溶到β相中,并有新相Al2Ca生成。随着Ca含量的增加,合金的强度和断后伸长率均呈先增大后减小的趋势,且都在1.0%Ca时达到最高。