AZ91镁合金表面熔覆铝合金涂层的研究

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镁合金的比强度高、刚性好,具有优良的尺寸稳定性、减振性、热导电性和电磁屏蔽能力,但是,镁合金的韧性低、高温性能和耐腐蚀性能差,限制了镁合金的应用。为了提高镁合金的硬度及耐蚀性能,在镁合金使用前需要经过一定的表面处理。本文采用钨极氩弧熔覆加热技术在AZ91镁合金表面原位生成Al-Mg合金涂层;并通过添加Si和Y元素,制备AlSi、Al+Y、AlSi+Y涂层;最后采用熔滴喷射涂覆技术在AZ91镁合金基体上制备了AlSi合金涂层。采用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS),显微硬度计,电化学工作站等分析手段,研究了熔覆涂层的硬度及腐蚀性能。在镁合金AZ91基体上钨极氩弧加热原位生成Al-Mg合金涂层,能够与基体形成无气孔、裂纹等缺陷的冶金结合涂层。液态Al与基体熔化形成的富Mg熔池间发生液相混溶和扩散,凝固后的涂层组织由Al3Mg2和Mg17Al12金属间化合物组成,与原始镁合金相比,涂层的硬度约提高2.5倍左右,耐蚀性能也得到了提高。通过添加Si、Y元素,分别涂敷了Al-Si共晶合金、Al+3.6%Y、AlSi+3.6%Y合金等,研究合金元素对涂层组织和性能的影响。结果表明,得到的涂层均与基体形成良好的冶金结合。涂敷AlSi合金形成的涂层中生成了大量的Mg2Si、Al3Mg2和Mg17Al12金属间化合物,Al+Y涂层中生成Mg17Al12、Al2Y、Al3Mg2相;AlSi+Y涂层中则主要生成了Mg17Al12、Al2Y、Mg2Si、Al3Mg2相。涂敷过程中均出现了不同程度的元素扩散,对比Al涂层,Al+Y与AlSi+Y涂层的扩散程度较小。由于多种金属间化合物的形成及细晶强化作用使涂层硬度及耐蚀性有较大的提高。AlSi+Y涂层的平均硬度约为296HV,比基体提高了3.7倍,自腐蚀电位较Al涂层的约提高了300mV,自腐蚀电流约下降了1.5个数量级,而AlSi及Al+Y涂层由于Si、Y元素的加入,硬度及耐蚀性能也有明显的提高。采用熔滴喷射涂覆技术在AZ91镁合金表面制备了AlSi合金涂层,所得涂层与基体能形成良好的冶金结合。涂层中形成了Mg2Si、Mg17Al12、Al3Mg2及α-Al等相。与钨极氩弧熔覆工艺相比,由于热作用时间短,元素扩散不充分,冷却速度快,在最外表层形成了Al的过饱和固溶体(AlSi)。硬度及耐蚀性能大幅提高。
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