铝镁包覆挤压材料界面微观组织与力学性能研究

采用反向挤压技术将AZ31镁合金和纯铝材料在不同温度下挤压形成包覆棒材。挤压过程中纯铝包覆在镁合金外侧,镁铝间形成冶金结合界面,实现了镁铝双金属的复合。挤压完成后使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱(EDS)分析技术对镁铝包覆挤压合金进行了组织及力学性能分析,重点研究了铝镁合金结合界面处化学成分过渡及相结构的演化与分布,同时采用显微硬度计测试了镁铝结合界面的显微硬度。结果表明,通过反向热挤压工艺可以得到表面光洁、无明显缺陷的铝镁合金包覆挤压制品。在高温高压条件下,镁铝复合金属在界面结合区发生了元素扩散,铝镁合金浓度出现明显的梯度变化,进而在结合界面上发生冶金反应,形成约350μm厚的金属间化合物层,物相分析表明在靠近镁合金基体一侧生成富镁相Al12Mg17,靠近纯铝一侧生成富铝相Al3Mg2,主要为脆性相生成。沿包覆棒材横截面直径方向从边部到芯部进行显微硬度测试,结果表明,该合金包覆型材具有明显的力学不均匀性,在铝镁结合界面处的硬度高于两侧基体材料,其峰值硬度可达HV 200以上,包覆型材在结合界面的组织差异和强度、硬度失配导致结合界面的力学性能急剧弱化,容易产生开裂。     

搅拌摩擦处理冷喷涂Al涂层的腐蚀防护研究

本文利用搅拌摩擦处理技术对AZ91D镁合金基体上制备的冷喷涂Al涂层进行了后处理,分析搅拌摩擦处理前后冷喷涂Al涂层的腐蚀行为,对比搅拌摩擦处理前后冷喷涂Al涂层的腐蚀防护性能。结果表明,在搅拌摩擦处理前,冷喷涂Al涂层表面主要发生点蚀作用,同时,由于腐蚀液通过涂层内联通的孔隙和粒子间界面到达基体表面,因此基体发生了腐蚀;而在搅拌摩擦处理后,冷喷涂Al涂层表面主要发生电偶腐蚀,且由于涂层表层联通的孔隙和粒子间界面消失,基体并没有发生腐蚀作用,说明搅拌摩擦处理后的冷喷涂Al涂层能够对AZ91D镁合金基体起到有效的腐蚀防护作用。     

AZ91D镁合金表面电弧喷涂/微弧氧化复合陶瓷涂层结构组成与耐蚀性研究

通过一种新的电弧喷涂/微弧氧化(EASP/MAO)复合工艺,在AZ91D镁合金表面制备了复合陶瓷涂层。电弧喷涂处理试样在430℃下进行了热扩散处理后,在以硅酸盐碱性电解液体系中进行微弧氧化处理。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对复合涂层表面和截面形貌、元素和相组成进行了分析,利用CS2350双单元电化学工作站对涂层试样在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线进行了测定。结果表明:在430℃、氩气保护氛围下,保温热扩散处理2 h后,在基材与喷涂铝层间形成了热扩散层,扩散层由Al3Mg2和Al12Mg17两相组成。由于电弧喷涂铝涂层存在较多的表面缺陷,其对AZ91D镁合金基材只能起到有限的保护作用。经微弧氧化处理后,电弧喷涂铝涂层表面形成氧化铝陶瓷层,主要由α-Al2O3和γ-Al2O3两相组成。跟AZ91D镁合金基体相比,经微弧氧化处理10,20 min后的试样在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位分别正移到-0.8279,-1.0570 V,较基体约分别提高770,550 mV,腐蚀倾向降低,基体的自腐蚀电流密度为经过微弧氧化处理10 min后试样的4.1倍,为经过微弧氧化处理20 min试样的460.6倍。     

AZ91D镁合金表面真空蒸镀锌铝复合涂层的研究

采用真空蒸镀的方法在AZ91D镁合金表面沉积了锌铝复合涂层,之后在大气环境中,400℃,32 MPa压力下保温2 h。利用OM,SEM,EDS,XRD对涂层的表面形貌,断层结构,表层物相组成进行观察和分析,并对蒸镀锌铝涂层的镁合金进行显微硬度测试和耐蚀性试验。结果表明:在AZ91D表面获得了均匀的锌铝复合涂层,涂层与基体间形成了相互扩散的过渡层,结合二元相图及各点的EDS结果分析可知,在Mg/Zn界面形成的共晶相为Mg2Zn11或MgZn2,在A l/Zn界面形成的共晶相为A l2Zn3;热压处理的试样表面显微硬度达到了1360~1430MPa,为基体硬度的1.7~2.4倍;在3.5%的NaC l中性溶液中浸泡72 h后,热压试样的涂层未发现明显破裂,岛状组织仍然存在,试样表面只出现了少量黑色斑点状的腐蚀,未热压试样的涂层大片剥落,露出了亮白色的基体,涂层已起不到保护基体的作用,而AZ91D试样的基体组织受到了很大破坏,腐蚀坑呈大片的连续状,并有团絮状的腐蚀产物Mg(OH)2,这种疏松的结构不具有防护作用,可见热压涂层使镁合金表面的耐蚀性能得到了明显的改善。     

熔剂FHRJ对含铈AZ91D镁合金组织和性能的影响

通过对传统熔剂RJ-2和自制熔剂FHRJ对含铈AZ91D镁合金的显微组织和力学性能的研究对比,表明:含铈AZ91D镁合金采用自制熔剂FHRJ熔炼后,Mg17Al12相得到改善,晶内出现Al4C3形核质点,晶粒更细小,合金的抗拉强度、屈服强度及延伸率等力学性能也比传统覆盖熔剂RJ-2更好。     

AZ91D镁合金半固态浆料制备过程中的组织演变

对AZ91D镁合金进行了半固态等温热处理,通过光学显微镜、扫描电镜对其组织进行了研究。结果表明,AZ91D镁合金铸件经过580℃×30min半固态等温热处理后,合金显微组织中β-Mg17Al12相基本熔入基体,枝晶状的铸态组织在等温处理过程中变得细小圆整。     

Ce元素对AZ80镁合金显微组织及铸造成形性的影响

通过OM、SEM等研究了Ce元素对AZ80镁合金显微组织及铸造成形性能影响。研究结果表明,AZ80+Ce合金中除Mg17Al12相外,在基体内部分布细小颗粒状Mg-Ce稀土相,细化了AZ80镁合金铸棒中粗大的第二相,提高了AZ80镁合金的组织均匀性,从而增强了AZ80合金的铸造成形性。     

采用开尔文扫描探针技术研究镁合金偶接铜合金的电偶腐蚀规律

采用开尔文探针技术(SKP)测量AZ91D镁合金与H62铜合金偶接试样在盐雾加速实验中的电偶腐蚀规律.研究表明:AZ91D镁合金的电偶腐蚀效应受到阳极与阴极的电位差的影响,AZ91D镁合金与H62铜合金偶接试样之间的伏打电位差约为-1.22V,AZ91D镁合金存在显著的电偶腐蚀效应.由于存在较大的伏打电位差,在盐雾实验初始阶段,电偶腐蚀主要发生在偶接界面AZ91D镁合金一侧附近区域,而H62黄铜没有发生明显腐蚀.由于AZ91D镁合金在盐雾中生成的腐蚀产物对基体具有一定的保护作用,AZ91D镁合金表面腐蚀产物与基体间存在显著的伏打电位差,导致AZ91D镁合金基体形成新的腐蚀产物.因此,随着盐雾实验时间延长,AZ91D镁合金电偶腐蚀效应降低,H62铜合金腐蚀加快.     

电弧喷涂工艺的试验研究

研究了电弧喷涂电压、电流对涂层的成分、组织、性能的影响以及表面预处理、预热、后热处理对涂层结合强度的影响。结果表明：Nig5A15涂层由大量镍铝固溶体、少量含Ni3Al、NiAl的金属间化合物或氧化物等组成。3Crl3涂层由马氏体基体、铬铁氧化物等组成；电弧喷涂Ф2mm3Crl3丝材的适宜电压、电流为28～35V、170～180A；提高预处理毛化质量、喷涂打底层、严格控制基体的热量输入有利于提高涂层结合强度。     

新型复合熔剂对AZ91镁合金组织和力学性能的影响

利用金相显微镜、X-射线衍射仪、SEM、EDA、数字显微硬度计和电子万能试验机,对采用传统覆盖剂和自制覆盖剂制备的AZ91镁合金的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明。自制覆盖剂制备的AZ91合金、Mg17Al12相得到改善,晶内出现Al4C3形核质点,晶粒得到显著细化,抗拉强度、屈服强度和延伸率都得到较大的提高。     

新型复合熔剂对AZ91镁合金组织和力学性能的影响

利用金相显微镜、X-射线衍射仪、SEM、EDAX、数字显微硬度计和电子万能试验机,对采用传统覆盖剂和自制覆盖剂制备的AZ91镁合金的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明,自制覆盖剂制备的AZ91镁合金,Mg17Al12相得到改善,晶内出现Al4C3形核质点,晶粒得到显著细化,抗拉强度、屈服强度和延伸率都得到较大的提高,综合性能是实验合金中最高的,且拉伸断口形貌呈现河流花样,韧窝较深,这与合金的组织更细小有关。     

等离子喷涂Mo包覆Ni20Cr自粘结粉末制备的粘结层结合性能

针对如何提升金属粘结层结合强度的问题,本研究提出了使用Mo包覆Ni20Cr复合粉末作为新型粘结层材料的方法。高熔点Mo包覆层可以减少喷涂过程中核芯元素的蒸发,在大气等离子喷涂条件下获得超高温熔滴,有助于涂层与基体以及涂层内部实现冶金结合。采用机械合金化法制备了Mo包覆Ni20Cr复合粉末,并在大气等离子喷涂条件下制备涂层考察其结合强度。通过一维传热模型预测了镍基合金熔滴碰撞在镍基合金、奥氏体不锈钢和低碳钢基体上实现铺展熔合冶金自结合所需要的温度,采用DPV-2000测试系统对粒子飞行过程中的温度进行测量,使用扫描电子显微镜(SEM)对涂层的微观结构进行了表征。粒子温度测量结果表明,在大气等离子喷涂条件下,Ni20Cr-Mo熔滴可加热至2620℃以上,满足碰撞铺展过程中引起基体表面熔化而产生冶金结合的温度条件。涂层结合强度拉伸试验中所有试样都从胶中断裂,涂层结合强度大于76.1 MPa。组织观察结果表明涂层组织结构致密,不仅大量粒子层界面间产生了冶金结合,涂层与基体界面处也观察到一定深度的熔坑,表明涂层与基体以及涂层层间界面均实现了冶金结合,由此显著提高了结合强度。     

AZ31Mg/6061Al超声波焊接及其界面性能分析

镁和铝合金在现代工业中应用越来越广泛,但是其焊接性能差。超声波焊接作为一种固态连接方法在焊接镁铝异质合金方面具有其优越性。研究不同焊接工艺参数组合对AZ31Mg/6061Al异质合金超声波焊接界面性能的影响机制。采用正交试验结合回归分析建立回归方程并优化设计AZ31Mg/6061Al异质合金超声波焊接参数;利用显微硬度计、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、 X射线衍射仪(XRD)和3D景深显微分析等研究了接头的界面反应行为和结合性能。结果表明:在最佳参数下(功率WP=1400 W,时间t=700 ms,压力WF=1145.11 N)接头实现有效结合,连接面出现机械互锁并伴有少量不连续的金属间化合物(IMC)层,拉伸时失效形式为具有一定延性的Al侧断裂,拉剪力达1007 N;在高频振动和高应变率作用下加速了界面元素的互扩散速率;当焊接参数为功率WP=1600 W,时间t=900 ms,压力WF=1145.11 N时IMC层厚度达23μm;这种连续的IMC层由Al_(12)Mg_(17)和Al_3Mg_2两种脆性相组成,析出顺序为Al_(12)Mg_(17), Al_3Mg_2,其中Al_3Mg_2具有更快的长大速度。IMC层是降低Mg/Al异质接头综合机械性能的主要因素。     

铈镧混合稀土对AZ91D压铸镁合金显微组织和蠕变性能的影响

研究了不同含量Ce/La(x=0,0.1,0.5,1.0)对AZ91D镁合金显微组织及蠕变性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDX)观察与分析表明,压铸AZ91D镁合金中添加Ce/La后,除了α-Mg,β-Mg17Al12相之外,还生成了新的稀土化合物Al11RE3(RE=Ce/La)化合物,并且细化了合金显微组织、提高了合金室温和高温力学性能。生成的Al11RE3(RE=Ce/La)高温热稳定相使AZ91D+xCe/La(x=0,0.1,0.5,1.0)合金在150℃,50MPa下的蠕变抗力优于AZ91D镁合金,1%Ce/La的合金与AZ91D相比,蠕变延伸率低了0.2%,最小蠕变速率从2.30×10-8s-1降低到2.02×10-8s-1。蠕变试样的微观组织结构分析表明:AZ91D合金的蠕变机制主要以晶界滑移方式为主,Al11RE3(RE=Ce/La)热稳定相在晶界处延缓和阻碍了晶界断裂的过程。     

均匀化过程中AZ151镁合金过烧组织的研究

本文以AZ151镁合金作为研究对象,采用X射线衍射分析(XRD)、能谱分析(EDS)和光学显微镜(OM)等手段分析了AZ151镁合金铸态、均匀化态和过烧态的组织和成份组成,研究结果表明,铸态AZ151镁合金由α-Mg基体和β-Mg17Al12相组成,均匀化处理后β-Mg17Al12相含量降低,即使过烧β-Mg17Al12相也不能完全分解,过烧AZ151镁合金组织中出现三个特征:复熔球、复熔晶界和三角晶界。     

稀土元素铈对镁合金AZ91D显微组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、X射线衍射和扫描电镜等分析研究含铈镁合金AZ91D（0．25％Ce、0．7％Ce、0．95％Ce）的显微组织,并对其力学性能进行了测试,同时与不含铈镁合金AZ91D进行了比较。结果表明,加入一定量Ce后的镁合金AZ91D形成杆状化合物Al4Ce,被推移到生长界面,阻碍枝晶的自由生长,从而细化合金显微组织;Ce能提高镁合金AZ91D抗拉强度和硬度,而对其屈服强度和延伸率影响不大;加入0．7％Ce的AZ91D镁合金晶粒细化效果和综合力学性能比较理想。     

新型复合熔剂对AZ91镁合金组织和力学性能的影响

利用金相显微镜,X-射线衍射仪,SEM,EDA,数字显微硬度计和电子万能试验机,对采用传统覆盖剂和自制覆盖剂制备的AZ91镁合金的显微组织和力学性能进行了分析.结果表明,自制覆盖剂制备的AZ91合金,Mg17Al12相得到改善,晶内出现Al4C3形核质点,晶粒得到显著细化,抗拉强度、屈服强度和延伸率都得到较大的提高,综合性能是实验合金中最高的,且拉伸断口形貌呈现河流花样,韧窝较深,这与合金的组织更细小有关.     

Mg-Fe-LDH涂层改性AZ91D合金的耐蚀性、体外降解及成骨性能

为满足临床上对镁基金属植入物耐腐蚀和促成骨的要求,以AZ91D镁合金作为基体材料,采用水热法在其表面制备致密均匀的Mg-Fe-层状双氢氧化物(Fe-LDH)涂层,得到Fe-LDH/AZ91D样品。通过电化学和析氢实验探究涂层对镁基体耐腐蚀性和体外降解性能的影响,结合CCK-8及体外矿化实验研究Fe-LDH/AZ91D的生物相容性及成骨相关性能。结果表明：Fe-LDH涂层的存在为AZ91D与腐蚀液的直接接触建立了屏障,有效提升耐腐蚀性能,改性后的镁合金缓蚀效率达到92.76%;PBS中浸泡14天后,AZ91D的质量损失率(40.59%)几乎是Fe-LDH/AZ91D(25.16%)的1.6倍,腐蚀速率(4.14mm/a)约为Fe-LDH/AZ91D(2.13mm/a)的2倍;不同Fe-LDH/AZ91D体积分数浸提液下细胞相容性良好,能较好地维持细胞的成骨活性,并达到与空白组样品同样的水平。     

Ti基表面激光重熔Al涂层及高温氧化行为研究

为了提高纯Ti的高温抗氧化性能,采用电弧喷涂方法在Ti基表面制备Al涂层。采用激光重熔扫描Al涂层,使Ti层与Al层发生冶金反应,对其进行800℃,40h连续氧化,根据Ti与Al反应生成的金属间化合物,研究其高温抗氧化行为。结果表明:经过表面改性处理后的Al涂层可以显著地提高纯Ti的高温抗氧化性能;在激光重熔过程中,Al元素发生熔化扩散与Ti结合形成以Ti Al3为主的扩散层;在高温氧化过程中,涂层表面形成连续且致密的α-Al2O3,同时扩散层中的富Al相为Ti基表面提供充足的Al元素,进而对Ti基体提供有效的高温抗氧化保护作用。     

Y对镁合金AZ81的细晶强化作用

采用组织观察、拉伸试验和理论计算,研究了Y对镁合金AZ81的晶粒细化作用以及由此产生的细晶强化作用。结果表明,Y加入镁合金AZ81后可生成高熔点的Al2Y相,Al2Y相可成为α-Mg基体和β-Mg17Al12相的有效异质形核核心,从而细化合金的晶粒尺寸,改善β-Mg17Al12相的形貌,起到有效的细晶强化作用,提高合金的室温强度。