论文关键词：镁合金 激光功率 耐蚀性

　　论文摘要：对镁合金进行表面处理，提高其耐磨性和耐蚀性，是当今表面工程研究领域一个重要内容。本研究以AZ91D镁合金为基体，Al为合金粉末，以激光表面改性技术为手段，致力提高镁合金表面耐蚀性。探讨激光功率对AZ91D基体和Mg－Al改性层耐蚀性的影响规律，得出优化工艺参数。

　　1.前言

　　镁合金因具有低密度、高比强度和高比刚度及优良的阻尼减震性，而在工业应用中受到越来越多的重视，尤其是在航空、航天和汽车领域倍受亲睐。但是，由于镁的标准电极电位为-2.30V[1]（25℃，VSH电极），其耐蚀性极差，即使在室温下也会与空气发生氧化反应，是极活泼的金属，这大大限制了其作为工程结构材料的应用范围。

　　通过激光，对镁合金材料的表面进行改性处理，可很好的提高基体抗氧化的能力，使其应用更广泛。

　　2.实验方法

　　实验研究激光功率对AZ91D压铸镁合金改性层耐蚀性的影响。

　　试样尺寸为75mm×50mm×10mm，对改性层进行打磨使其光滑，用以去除杂质和氧化膜，不要留有划痕且无磨粒镶嵌，最后用丙酮清洗干净。在合金表面覆盖Al粉，用酒精作为粘结剂。

　　激光合金化改性后用PH=6.5-7.2、浓度为3.5%的NaCl溶液，在恒温35ºC条件下进行耐腐蚀实验。每个实验周期为24小时，连续盐雾喷淋8个小时，停喷16个小时，共进行4个周期。

　　3.实验设备

　　激光设备使用DL-HL-T5000B型5kW横流CO2激光器，激光波长为10.6μm，圆形光斑，输出功率在5kW以上；SEM扫描电子显微镜观察组织形貌；XRD26000型X射线衍射仪测定物质的微观结构和晶格常数，对相结构做出定性和定量分析；EPMA-1610型电子探针对改性层横截面Mg、Al元素分布进行分析。

　　4.实验结果与分析

SHAPE \* MERGEFORMAT

(a) 1.5kW (b) 2 kW (c) 2.5 kW

图1 不同功率下合金化区形貎

Fig. 1 The microstructure of the alloying zone in different powers

　　图1为在扫描速度7mm/s、光斑直径3mm时，不同功率下合金化改性层的显微组织。由图可知，随着激光功率增加，梅花状晶体也随之变长、加宽，由碎小晶体变成粗大的晶体。这是由于激光功率的增加使Mg-Al合金化过程中熔池单位面积获得的热量增加，冷却条件不变的情况下，梅花状晶体可以在长度和宽度两个方向上更加充分的生长，所以晶体尺寸在逐渐增加。

（a） （b）

图2改性层(a)和基体镁合金(b)腐蚀形貌

Fig.2Morphologies for the corroded surface of modified layers (a) and substrate Mg alloy(b)

　　图2为AZ91D基体和AZ91D表面激光Al合金化镁合金经过32小时盐雾腐蚀形貌，可以看到合金化熔池有轻微的腐蚀（图a箭头所指处），而基体腐蚀的非常严重（图b箭头所指处），α-Mg被腐蚀已经形成黑色腐蚀洞。这是由于α-Mg固溶体中Al元素含量较少，在NaCl介质中，Cl-很容易在表面膜有缺陷的地方穿透，为腐蚀的进一步发展开辟通道，从而造成点蚀的发生，图2（b）。而对于激光合金化镁合金，表面平整，只发生少量点蚀现象，图2（a）。这是由于经过激光合金化的基体镁合金α晶粒尺寸较小，晶粒的细化减小了Al从晶内到晶界的正偏析程度，从而有利于降低α-Mg的腐蚀程度[2]。

[1] [2] [] []

图3基体和不同功率下改性层腐蚀速度曲线

Fig.3 The corrosion curve of substrate and the modified layers with different powers

　　图3为基体镁合金和不同功率下改性层试样腐蚀增重量（Corrosion rate）与腐蚀时间（Time）的关系曲线。由图可见，不同功率下改性层的腐蚀增重量远远低于基体（Substrate），当功率为1.5KW（■）时所得试样的腐蚀速度最慢。这是因为随着激光功率增加，单位面积吸收激光能量也随之增加，α-Mg晶粒升温后会使其尺寸有足够的时间长大，而粗大的α-Mg晶粒尺寸可以导致Al浓度的偏析距离增大，晶粒靠中间的部位由于偏析的作用Al含量少，耐蚀性也就大大降低了。

　　5.结论：

　　激光合金化改性层分为合金化区、结合区和热影响区三个部分。通过电子探针分析结果确定合金化区（见图1）鱼骨状组织为α-Mg和梅花状组织为α-Mg+β-Mg17Al12的组织，灰色基体为少量的α-Mg和较多β-Mg17Al12的组织。改性层同样是由α-Mg和金属间化合物β-Mg17Al12构成，并且β-Mg17Al12相的含量较基体镁合金均有明显增加。

　　经激光改性后试样表面的腐蚀速率远远低于未改性的基体。最开始8小时由于最表层以α-Mg为主，其腐蚀速度较快。晶粒细化和强化相β-Mg17Al12的分布及含量均有助于提高改性层耐蚀性。激光扫描速度一定时功率为1.5kW时，耐蚀性最佳。

　　参考文献

　　[1] 林肇琦. 有色金属材料学[M]. 沈阳:东北大学出版社,1991：40-45

　　[2] 刘帅刘忆激光合金化对AZ91D镁合金力学性能的影响，热加工工艺 2009.(2)：34-35

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