離子束改性AZ31鎂合金耐磨抗蝕復(fù)合性能研究.pdf

1、本文采用MEVVA80-10型金屬蒸發(fā)真空弧離子注入裝置和TEMP-6型強(qiáng)流脈沖離子束(HIPIB)裝置，分別開(kāi)展了Al離子常溫和高溫注入、強(qiáng)流脈沖離子束輻照AZ31鎂合金實(shí)驗(yàn)研究，揭示了離子束改性的表面成分、結(jié)構(gòu)和性能變化規(guī)律，獲得了具有耐磨抗蝕復(fù)合性能的改性表面，闡明了Al離子常溫和高溫注入、HIPIB輻照AZ31鎂合金耐磨抗蝕復(fù)合改性機(jī)理。 注入劑量分別為2×1016，6×1016和1×1017/cm2的Al離子常溫和30

2、0℃高溫注入AZ31鎂合金，1×1017/cm2注入劑量下，常溫和300℃高溫注入Al離子的峰值濃度分別為10at.％和8at.％，注入深度為840和1200nm。原始試樣主要由α-Mg相組成，同時(shí)還含有少量的金屬間化合物β-Mg17Al12相和MgO相。常溫1×1017/cm2注入劑量下，表面β相含量增加，300℃高溫2×1016/cm2注入劑量下，即有新的β相析出。 Al離子常溫和300℃高溫注入AZ31鎂合金，在載荷為5N

3、和20N，滑動(dòng)速度為2mm/s的往復(fù)式干滑動(dòng)磨損條件下，以及在pH=12的0.01-0.08mol/lNaCl溶液中，獲得了具有耐磨抗蝕復(fù)合性能的改性表面。載荷為5N，磨損10min，注入劑量為2×1016/cm2的常溫注入試樣，磨損量降低約20％。載荷為20N，磨損20min，注入劑量為2×1016/cm2的常溫注入試樣磨損量降低約30-40％，注入劑量為6×1016/cm2的300℃高溫注入試樣磨損量降低約15-20％。載荷為5N條

4、件下，原始鎂合金呈現(xiàn)以顯微切削為主的磨粒磨損機(jī)理，Al離子注入沒(méi)有改變鎂合金的磨損機(jī)理，但塑性變形程度和磨粒磨損傾向明顯減小。載荷為20N條件下，發(fā)生了從原始試樣金屬磨粒磨損到離子注入試樣氧化磨損機(jī)理的轉(zhuǎn)變。在pH=12的0.01mol/lNaCl溶液中，Al離子注入試樣陽(yáng)極極化性能較原始試樣明顯改善，注入劑量為6×1016/cm2的Al離子300℃高溫注入試樣，具有優(yōu)異的抗蝕性能，腐蝕電位和孔蝕擊穿電位較原始試樣分別提高約400和80

5、0mV，維鈍電流密度比原始試樣降低了約一個(gè)數(shù)量級(jí)。在pH=12的0.08mol/lNaCl溶液中，注入劑量為1×1017/cm2的Al離子常溫和300℃高溫注入試樣，腐蝕電位較原始試樣分別提高約180和280mV，孔蝕擊穿電位分別提高約150和220mV。Al離子常溫及300℃高溫注入AZ31鎂合金耐磨抗蝕復(fù)合性能的改善，主要?dú)w因于鎂合金表面富集Al的固溶增強(qiáng)作用，以及β-Mg17Al12的第二相彌散增強(qiáng)作用。 束流密度為100

6、-300A/cm2，輻照次數(shù)為1-10，HIPIB輻照AZ31鎂合金表面形成了以局部燒蝕坑和熔融擾動(dòng)為主要特征的燒蝕形貌。隨著束流密度和輻照次數(shù)增加，熔化層和熱影響區(qū)的顯微組織較原始試樣明顯細(xì)化。由于HIPIB重復(fù)的快速熔化和凝固，鎂合金表面化學(xué)成分趨于均勻化，顯微結(jié)構(gòu)細(xì)化，第二相β-Mg17Al12分布均勻。 利用HIPIB輻照AZ31鎂合金，在載荷為0.1-0.5N，滑動(dòng)速度為0.08m/s，磨損時(shí)間為5min的球盤(pán)式干滑動(dòng)

7、磨損條件下，以及在pH=12的0.01-0.5mol/lNaCl溶液中，獲得了具有耐磨抗蝕復(fù)合性能的改性表面。載荷為0.1N條件下，300A/cm2，10次輻照試樣具有最優(yōu)的耐磨減摩性能，摩擦系數(shù)由原始試樣的0.378減小到0.338，磨損量較原始試樣降低約75％。載荷為0.2和0.5N條件下，300A/cm2，10次輻照試樣的摩擦系數(shù)分別由原始試樣的0.364和0.361減小到0.334和0.313，磨損量較原始試樣分別降低約40％和

8、15％。HIPIB輻照鎂合金試樣仍然以磨粒磨損為主，但被輻照試樣的磨粒磨損傾向較原始試樣大大降低，主要表現(xiàn)為塑性變形程度的減輕和磨痕表面犁溝的變細(xì)變淺，同時(shí)磨痕局部呈現(xiàn)氧化磨損特征。在pH=12的0.01mol/lNaCl溶液中，HIPIB輻照試樣的陽(yáng)極極化性能較原始試樣明顯改善，100A/cm2，5次輻照試樣具有優(yōu)異的抗蝕性能，腐蝕電位和孔蝕擊穿電位較原始試樣分別提高約560和630mV。原始試樣形成的大塊腐蝕產(chǎn)物及在腐蝕過(guò)程中發(fā)生的