电火花沉积ZA12涂层对AZ91D/A356液-固复合铸造界面的影响

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镁合金由于其密度小、比强度与比刚度高、良好的吸震特性等优点而广泛地应用于各工业领域,但由于耐腐蚀性差,限制了发展。铝合金的强度和耐腐蚀性比镁好,能够弥补镁合金性能上的不足。如果能够有效地实现Mg/Al合金复合界面的结合,将进一步扩大应用范围。但是,由于Mg/Al合金直接结合,反应界面上会生成硬脆的金属间化合物,导致接头处的结合强度较低。本课题将电火花表面沉积技术与液-固复合铸造工艺结合在一起,先在A356铝合金表面电火花沉积ZA12涂层,再浇注熔融镁合金制备AZ91D/A356复合铸件。通过在界面处形成中间合金层促进AZ91D/A356界面形成良好的冶金结合,提高双金属复合界面的结合性能。本文通过对复合界面的组织结构、化学成分、显微硬度、剪切强度和断口特征等进行分析,研究了电火花沉积ZA12涂层对AZ91D/A356异种双金属液-固复合铸造的界面微观组织和力学性能的影响。主要得出以下结论:(1)在一定范围内,随着电压和频率的增加,涂层厚度增加,电压过低会导致涂层沉积不均匀;当电压为50V,涂层内部夹杂氧化物较为明显,厚度明显下降。占空比对涂层厚度的影响变化不大,但会明显影响涂层均匀平整性,随着占空比增大,脉冲放电能量也随之增大,涂层的立体结构更加明显。沉积时间越长,涂层也越厚,在热流的作用下,基体表面与电极的化学成分重新组合并逐渐趋于相同。(2)在电火花沉积过程中,随着工艺参数的变化,涂层中会出现孔洞、裂纹、氧化夹杂等缺陷。Al、Zn元素在高温下有所烧损和蒸发,Zn元素的烧损比Al元素多。(3)显微组织研究表明,ZA12涂层的组织与电极丝的组织不同,由原来的纤维状组织转变为更加细化的近等轴组织,整个涂层厚度约为60200μm,中间冶金反应层厚度约为24μm,涂层与A356基体发生了冶金结合。(4)通过电火花沉积处理的AZ91D/A356液-固复合界面主要由三个扩散反应层组成,靠近AZ91D基体的扩散反应Ⅰ主要含有α-Mg、Mg17Al12、Mg17(Al,Zn)12,靠近A356基体的扩散反应层Ⅲ主要含有Al3Mg2、Mg2Si,中间扩散反应层Ⅱ主要含有Mg32(Al,Zn)49、Al5Mg11Zn4。界面反应层Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的显微硬度分别可达到175-195HV、223-235 HV、195-206HV。相对AZ91D镁基体和A356铝合金基体而言,界面显微硬度明显提高,是因为界面形成了不同的金属间化合物。(5)通过电火花沉积后的AZ91D/A356液-固复合界面处Mg和Al元素扩散能力较强,可以从基体扩散到整个界面区域,而Zn元素的扩散能力相对较弱,只存在于扩散反应层Ⅰ、Ⅱ中。(6)通过电火花沉积后的AZ91D/A356液-固复合界面的剪切强度可达到69.2MPa。断口分析表明,断面主要是呈河流状花样的脆性断裂特征,局部并伴随着一定的塑性变形产生。
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