杨贵荣[1]2006年在《铜合金表面铸渗工艺及渗层性能的研究》文中研究说明铜具有很好的传导性以及较好的机械性能，因而铜合金是工业中不可缺少的金属材料。近几年来，铜价的大幅度攀升进一步提高了铜合金零部件的成本，大部分零部件的服役条件要求工件表面耐磨、耐高温、耐蚀等，因此表面改性是延长铜合金零部件使用寿命、降低其使用成本的有效途径。目前，铜合金的表面改性方法主要有：电镀、气相沉积、多元共渗(热处理法)等，采用这些方法得到的表面改性层或因残余应力过大而开裂、脱落，或改性层较薄达不到预期的改性效果等缺点。铸渗法表面改性可以解决这些问题，但迄今为止关于铸渗的研究仅限于在铸钢、铸铁的表面改性，铜及铜合金良好的导热性(铜合金的热导率是钢铁的5倍)使得在其表面形成渗层的条件极其苛刻。本文以铜合金为基体金属，采用负压铸渗技术制备了镍基合金、铁基合金以及镍／氧化铝叁种铜合金表面铸渗层，研究了影响渗层形成以及渗层质量的工艺因素、渗层的组织以及性能。本文首先考察了各种工艺参数对铜合金表面铸渗层的形成以及渗层质量的影响。不同工艺参数的铸渗结果表明：影响渗层形成的因素较多，主要有负压度、浇注温度、粘结剂种类、铸件模数、预热温度、渗剂颗粒的粒度以及预制层的厚度等，其中影响渗层形成的主要因素有负压度、浇注温度以及渗剂颗粒的粒度，其它因素对于渗层的形成不起决定的作用，但对于改善渗层的质量以及增加渗层的厚度具有积极的促进作用。通过对镍基合金渗层的组织和性能的研究结果表明：从微观形貌看渗层可以分为叁层，即表面烧结层(SSL)、冶金结合层(MFL)以及扩散固溶层(DSSL)；渗层的主要组成相为镍基固溶体、硬质相硼化物CrB、金属间化合物Cr_3Ni_2以及铜基固溶体，渗层的形成机制为完全熔化冶金熔合渗层形成机制；镍基合金渗层的表面宏观硬度为HRC 55.0左右，其显微硬度呈梯度变化；叁点弯曲试验表明渗层与基体的结合强度远高于电镀层或化学镀层与基体的结合强度；以镍基合金粉末为渗剂得到渗层的抗高温氧化性能比基体提高了两倍以上；镍基合金渗层在800℃与室温冷水10℃的条件下的热疲劳性能好，热循环次数均在130次以上，表面有不同程度的氧化和少量的微裂纹，但渗层不会剥落。铁基合金粉末作为渗剂制备的渗层具有均一的结构特征，其组成为：未完全熔化的渗剂颗粒、渗剂颗粒表面熔化并熔合过程中生成的强化相以及固溶体；渗层的主要组成相为：镍铁、镍铬铁合金、低熔点的铝／硅共晶体、铜基固熔体等，未熔颗粒的组织主要为过共晶莱氏体以及碳化物；渗层的形成机制为部分熔化局部冶金熔合渗层形成机制；渗层的表面宏观硬度为HRC 55.0左右，其显微硬度呈梯度变化；表面有渗层的试样的弯曲强度与基体相比有不同程度的提高；以铁基合金粉末为渗剂得到的渗层的抗高温氧化性能与基体相比并无提高；铁基合金渗层在800℃与室温冷水10℃的条件下的热疲劳性能与镍基渗层相比有所下降，但热循环次数均在80次以上，表面有不同程度的氧化和大量网状的纵向微裂纹，进而在渗层与基体的界面结合处萌生水平裂纹。镍／氧化铝复合粉末为渗剂制备的渗层结构可分为两层：Ni／Al_2O_3复合渗层，与基体结合界面处的过渡层；渗层的主要组成相为：Al_2O_3颗粒、金属间化合物Ni_(31)Si_(12)、Ni_3B，另外还有Ni-Cr-Fe合金，Ni(Cr)以及Ni(Cu)固溶体和铜基固溶体，渗层的形成机制为合金粉末熔化包覆不熔陶瓷颗粒的复合渗层形成机制；渗层的表面宏观硬度可达到HRC 65.0，其显微硬度呈梯度变化，不同氧化铝含量的表面渗层的最大显微硬度不同，但是其分布趋势类似；叁点弯曲试验表明：渗层的破坏分两种情况，氧化铝含量小于等于20％的渗层的裂纹主要为纵向裂纹且已延伸至基体，而对于氧化铝含量高于30％的渗层的破坏为纵向裂纹加水平裂纹，纵向裂纹破坏至与基体的结合处便在裂纹末端萌生水平裂纹。以高炉风口和导卫作为应用的研究对象，进行了铜合金表面铸渗的初步应用研究。试验研究表明：浇注温度、预制层的涂挂工艺以及浇注系统是影响渗层形成以及渗层质量的主要因素。这为铜合金表面铸渗技术在其它零部件上的应用奠定了基础。
杨贵荣[2]2003年在《铜合金表面铸渗的研究》文中研究说明材料表面改性的研究已成为材料发展的一个重要分支，它是在不改变原材料基本性能的基础上通过各种技术疗法改善或提高材料的表面性能，使材料的功能更符合现代高技术的要求，材料表面改性的研究不仅可以提高零件的寿命、减少磨损，而且很大程度上提高经济效益。 铜及铜合金的表面改性方法有：热处理方法、低温气体放电渗硫法、等离子体喷溅等，这些方法都需要专门的设备，生产周期长，成本较高。本课题采用铸渗的方法，即将合金粉末或陶瓷颗粒预先固定在型壁的特定位置(待渗部位)，通过浇注使铸件表面具有特殊组织和性能的一种材料表面处理技术。由于铸渗是利用铸造凝固余热使待渗物质熔化、分解、扩散，从而在表面形成特殊性能层。对于铜合金，其蓄热系数小、凝固速度快、且易氧化吸气，要在铜合金表面形成具有一定厚度的渗层比较困难。针对铜合金表面铸渗所遇到的问题，我们选取含有待渗元素的自熔性合金粉末(Ni60其成分为Cr14～16％ Si4～5％ B3～4％ Fe≤5％ C0.6～0.8％余为Ni)，通过大量实验找出了影响铜合金表面渗层形成的主要因素有：浇注温度、预热温度、是否利用负压浇注条件、涂层厚度、粘结剂。最终确定各工艺参数为：浇注温度(1180～1200℃)预热温度(100～150℃) 负压条件(-0.04～-0.06MP)涂层厚度(2～3mm)粘结剂(乳胶加入量3～5％)。在保证以上各工艺条件下在铜合金浇注试块表面形成了具有一定厚支的渗层，通过金相及SEM电镜观察，发现渗层与基体熔合，界面结合较好，其表面硬度可达到HRC50以上，耐磨性能良好。但渗层较薄，为了得到较厚的渗层，又采用具有一定孔隙的预涂层来浇注，预涂层的制备是在待渗粉末中加入一定量的硼酸或硼砂然后进行适宜的加热处理就得到具有一定孔隙的预涂层，大量实验证明硼酸或硼砂的加入量必须保持在9：1～12：1(待渗粉末与硼酸的质量比)，利用此工艺得到的渗层厚度明显比上面的厚度提高了，本组实验中待渗粉末采用Cr-Fe粉末(在上一组实验中利用Cr-Fe粉末不能得到渗层)，通过金相及SEM电镜观察发现组织中含有一些夹杂物和孔隙，表面硬度在HRC25～40，耐磨性也得到了提高。 如果能准确地稳定工艺并应用到工业生产中，即可广泛应用于高炉风口、连铸结晶器、氧枪喷头等各种耐磨、耐高温、耐蚀的零部件，由于此工艺是将零件成型与提面改性合为一个过程，经济和社会效益显着，具有广阔的发展前景。
宋文明[3]2007年在《铜合金表面复合渗层的组织与性能研究》文中提出本文以高炉风口为应用背景，采用负压铸渗工艺在ZQA19—4铜合金表面制备了一层耐磨、耐高温氧化WC／Ni复合耐磨材料、自润滑材料G／Ni和ZrO_2／Ni和SiC／Ni复合渗层，考察了复合渗层的组织结构、元素分布、相组成、渗层表面和界面的硬度分布、渗层与基体的结合强度以及复合渗层的摩擦性能。结果表明：复合渗层可分为表面复合层、粘结带和扩散层，复合合金粉料在高温铜合金液的作用下可以熔化并与铜合金液熔合。复合渗层与基体之间粘结带的存在，增强了渗层的结合强度，起到缓冲和降低渗层应力作用。增强颗粒分布均匀，渗层组织致密，界面结合良好。并且合金粉末元素从渗层表面到基体呈明显的梯度变化；渗层组织主要由Ni—Cr固溶体、硬质相CrB、CrB_2、Ni_3B、Ni_(31)Si_(12)和增强颗粒组成，将显着的增强渗层的耐磨性能。渗层表面硬度由HB130增加到HRC53；最大的显微硬度达到HV1687。渗层界面显微硬度从表面到铜合金基体呈连续梯度变化，最大显微硬度位于渗层的次表面。叁点弯曲试验结果表明，复合渗层与铜合金基体在一定的位移范围内可保持一定的协同性。当WC含量为50％时，渗层的性能最佳，抗压强度、抗拉强度分别达到180MPa和150MPa(抗压、抗拉最大载荷位移分别为0.84KN、0.7KN和0.2mm、0.25mm)，分别以渗层表面的部分崩塌和表面裂纹的形式失效；对于G／Ni复合渗层在压头位移小于0.25mm时，复合渗层与Cu基体保持着一定的协同性(5％G复合渗层可承受最大载荷为0.5KN)；而ZrO_2／Ni复合渗层随着渗层中ZrO_2含量的增加，渗层的断裂强度增加(25％ZrO_2渗层载荷为0.65KN，15％ZrO_2渗层载荷为0.4KN)，并且渗层与基体保持着一定的协同性(位移小于0.2mm)。复合渗层明显地增强了铜合金的耐磨性能。在载荷200N、300N和速度0.848m／s的条件下，Ni基渗层的磨损率比基体铜合金降低两个数量级(从6.5×10~(-4)mm~3／L和9×10~(-4)mm~3／L到1.12×10~(-2)mm~3／m和2.85×10~(-2)mm~3／m)，主要由于在摩擦过程中，摩擦热导致铜合金基体软化，从而降低其耐磨性能；而在0.848m／s、300N的条件下，WC／Ni渗层的磨损率较Ni基渗层的磨损率降低约一个数量级(从1.5×10~(-4)mm~3／L到9.0×10~(-4)mm~3／L)。而对于G／Ni复合渗层中石墨并不能有效的减小摩擦系数和降低磨损，这主要是在试验过程中，摩擦热导致摩擦环境的变化影响所致；但G的加入可有效的减小摩擦系数的波动和稳定摩擦系数。对于SiC／Ni复合渗层，由于SiC颗粒能与Ni发生反应，生成Ni—Si系列金属间化合物和石墨(C)，从而在SiC颗粒表面到内部形成类似富勒希结构的组织。有效的增强了颗粒与基体的结合强度，同时生成的石墨C在摩擦磨损时，也可起到减磨耐磨的作用。以预制层毛细管内流动的液态基体金属为分析单元，通过计算分析得出影响渗层形成的因素主要有毛细管两端的压差P、毛细管半径R、液态金属的粘度η以及金属保持液态的时间t。根据分析以及试验结果可以将渗层的形成可分为四个阶段：第一阶段为液态金属加热预制层；第二阶段为冷却金属液重熔，在铸渗过程结束后形成冶金结合层；第叁阶段为毛细效应，在铸渗过程结束后形成表面熔覆层；第四阶段为冶金烧结，在铸渗过程结束后形成表面烧结层。
杨贵荣, 郝远, 任虎平, 宋文明, 阎峰云[4]2002年在《铜及铜合金表面铸渗的研究》文中研究指明在深入了解铜合金凝固特点与铸渗条件要求的基础上,针对铜合金表面铸渗所遇到的问题,我们选取含有待渗元素的自熔性合金粉末(Ni60)、改善散热条件、浇注温度、涂层厚度等,结果在铜合金铸件表面形成了一定厚度的渗层,并找出了影响渗层能否形成的主要因素,通过电镜观察,发现渗层与基体熔合,界面结合较好,其表面硬度可达到60HRC以上,耐磨性能良好,如果能通过准确控制工艺来控制渗层的厚度,硬度等各种表面性能,即可广泛应用于高炉风口、连铸结晶器、氧枪喷头等各种耐磨、耐高温、耐蚀的零部件,由于此工艺是将零件成型与表面改性合为一个过程,经济和社会效益显着,具有广阔的发展前景。
赵斌, 曹云飞, 王丽宁, 冉榆[5]2018年在《有色金属铸件的铸渗工艺研究现状》文中认为铸渗技术是近年来发展起来的一种制备金属基表面复合材料的新技术。首先,综述了铸渗工艺的基本原理及研究进展;其次,介绍了铝、镁、铜合金铸件表面铸渗工艺和铸渗技术,并指出了各自技术存在的问题;最后,对有色金属铸渗工艺的发展前景进行了展望。
李长林[6]2005年在《大型水泵过流部件局部表面铸渗硼技术的研究》文中提出本文针对黄河泥沙泵过流部位工作条件恶劣、耐磨性及耐蚀性要求较高,且用途广、批量大,需要较好的经济性,按照“先工艺,后性能”,即先得出最佳、实用的工艺,然后再研究其性能的思想,从铸渗硼的机理入手,借鉴铸渗技术的优点,对灰口铸铁表面进行铸渗硼的试验设计、铸渗硼涂料的配方及其数学模型和回归分析、优化处理、影响铸渗硼的工艺因素、铸渗层的性能等进行了研究。 首先,对铸渗技术的研究进行了综述,概括了铸渗技术的成果和不足,展望了铸渗技术的发展趋势,引出了研究课题。 其次,用均匀设计和正交设计试验设计方法对铸渗硼涂料配方和铸渗工艺进行了研究。通过均匀设计软件得到了铸渗硼涂料配方的数学回归模型和理论最优工艺配方,然后经过实验验证和工艺参数优化,得到了铸渗硼涂料的的最佳配方;对铸渗硼各工艺因素对渗层质量的影响规律进行了实验研究,并得到了铸渗硼的最佳工艺参数。对铸渗机理进行了一定的探讨。 同时,在铸渗硼研究的基础上,对稀土复合铸渗进行了尝试。 最后,对铸渗层组织、结构、性能进行了研究。结果表明,以碳化硼为供硼剂,氟化钠为熔剂,聚乙烯醇做粘结剂,加入适量的铜粉等填加剂,在1530℃进行铸渗获得的铸渗硼层具有优良的耐磨性、耐腐蚀性。其耐磨性比灰口铸铁HT200提高2.2～2.5倍。有望替代其它表面强化技术用来解决黄河泥沙泵过流部位对耐磨性及耐蚀性的要求。
王镇[7]2014年在《耐热钢篦条铸渗铝硅复合层的研究》文中指出篦条是烧结机的关键易损件,由于其工作过程中温度变化范围大,并且在高温烧结过程中既要承受烧结矿料重力作用,又要承受粉、气两相流的高速冲击磨损,以及气氛中CO, CO2, SO2和水蒸气等的氧化、腐蚀,提高其使用寿命一直是冶金企业需要解决的关键问题。通过传统的铸造方式,让篦条芯部具有韧性、而使其表面又具有良好的高温抗氧化性和耐磨耐蚀性是比较困难的,而通过铸渗技术就可以解决这一问题,让两种不同的金属结合在一起,同时发挥这两种不同金属材料的优点。本课题为改善烧结机篦条的使用性能,利用铸渗技术在耐热钢篦条表面获得铸渗铝硅复合层提高其使用寿命。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析及显微硬度仪等分析手段,研究了该耐热钢篦条表面铸渗铝硅复合层的微观成分、组织及性能特点,高温抗氧化试验检测其抗氧化性能。研究结果表明：通过铸渗技术在耐热钢篦条表面形成一层铝硅复合层是可行的,当铸渗剂只选用75硅铁粉时,将硅铁粉倒入银粉漆中搅拌均匀后涂覆到铸型上,硅含量为50%时,在耐热钢篦条表面可以得到一层1mm左右的复合层,复合层质量良好,基体处组织为铁素体+网状的碳化物,复合层处的组织形态为铁素体十不规则形状的碳化物,显微硬度测试表明碳化物大多数为(Fe,Cr)3C型碳化物,可能还有少量(Fe,Cr)7C3型碳化物,从复合层至基体,其显微硬度值呈先上升后下降,最后基本不再变化的趋势。铸渗复合层中细小的碳化物显微硬度硬度高达1253HV。当铸渗剂选用铝粉和75硅铁粉两种合金粉末时,采用涂料法进行铸渗,当铝粉颗粒度为200目时,铝和硅铁质量比为3：1时,其铸渗效果最好,但是由于铝粉含量的升高,出现整体合金化现象。其能谱分析结果表明,由铸件表面向基体内部,铝硅含量铸件降低,离铸件表面距离越远,铝硅含量越低。显微硬度测试结果表明,随着铝粉加入量增多,复合层显微硬度值逐渐降低。未铸渗、铸渗硅铁、铸渗不同铝和硅铁质量比的试样高温抗氧化结果表明：它们的氧化动力学曲线基本符合抛物线规律,在氧化初期0-25h,氧化增重的速度很快,随着时间的延长,氧化速率逐渐下降,并且趋于基本不变,当铸渗剂选用200目铝粉,100～200目75硅铁粉为铸渗剂时,铝和硅铁质量比为3：1时,其抗氧化性最好,氧化速率仅为0.1087g/m2·h,试样的氧化后形貌结果表明,随着铝硅含量的升高,表面质量逐渐提高,氧化膜越来越致密,剥落性变小。
李明玉[8]2013年在《铜材料的激光表面强化研究》文中指出铜及铜合金因其优异的导电导热性能而广泛应用于电子、电力、冶金、航空航天等工业领域。但是铜的强度较低,不能完全满足工业应用,尤其是一些极端条件下使用的零部件,如电磁炮导轨、高铁机车电力线等。强度的提高一直是铜合金研究的主要方向,传统方法制备的铜合金在强度显着提高的同时,却是以牺牲其导电性能为代价的,且导电性随着合金化程度的提高而降低；而表面改性技术则可以实现增强表面强度且保持铜合金整体的高导电性,激光技术在众多表面改性技术中因其独特的优势而具有较强的竞争力,已广泛应用于工业制造领域中。但目前利用激光技术对铜合金进行表面强化的研究较少,主要受铜的光反射率高、导热快等特性影响。因此,如何寻找或改进工艺,有效地提高铜材料表面强度是目前激光强化铜合金技术研究的重点。本论文研究目的是利用激光技术对纯铜进行表面强化,使其兼具表面高耐磨性和整体高导电性。基于此,通过对激光表面强化的工艺设计,选择相对激光熔覆而言对导电性影响更小的激光合金化工艺,并使用预置粉末法来提高基体的光吸收；根据合金化材料的选择原则使用润湿性较好的Ni基合金粉末作为强化材料。通过大量前期实验进行工艺优化,获得了最佳参数,不同样品尺寸对应的工艺参数略有不同,重点研究了扫描速度对合金强化层的组织和性能的影响。在此基础上,使用Ni基合金对纯铜进行表面强化,然后利用激光原位合成技术分别将两种陶瓷颗粒(TaC和NbC)加入Ni基合金强化层以提高其耐磨性,分析了不同合金强化层的组织特征和形成机理,研究了样品的显微硬度、耐磨性能和导电性能的变化。主要结论如下：1.通过预涂粉末方法提高纯铜对CO2激光的吸收,有效完成铜基材的激光表面强化,工艺参数：基材尺寸50mm×30mm×5mm,激光功率2.2kW,扫描速度4mm/s,离焦量50mm,预涂层厚度0.9mm,搭接率40%。而在基材尺寸为50mm×25mm×5mm,只需激光功率改为2kW即可。2.扫描速度是本论文工艺中的关键参数,随扫描速度在一定范围内的增加,晶粒细化,硬度提高,合金化程度高,稀释率大,因此可以制备出表面高耐磨的高导电铜基材料。3.强化层均无裂纹,组织细小、致密,均匀弥散分布在基体中,具有典型的快速凝固特征。(Cu, Ni, Fe)固溶体的形成表明Ni基合金与铜材料有很好的浸润性,为冶金结合。4.Ni合金强化层的平均硬度高达HV0.1650,是纯铜基材的7倍；耐磨性提高了4倍,主要是颗粒强化、固溶强化和细晶强化共同作用的结果。而两种陶瓷颗粒强化层的硬度和耐磨性均有显着提高,其中TaC颗粒强化层效果更好,平均硬度是Ni基合金强化层的1.56倍；磨损失重仅为Ni基合金强化层的2/5。这主要归因于原位生成的细小的高硬度的陶瓷颗粒及其弥散分布。5.激光表面强化技术并未使铜基材的导电性能明显降低,而导电性能的下降程度取决于合金化程度(稀释率)的影响,稀释率大,则导电率高,合适的稀释率可以保持导电率在90%IACS以上。因此,优化工艺参数控制合适的稀释率是制备出表面高耐磨高导电铜基复合材料的关键。6.铜材料的导电性能主要受Ni基合金的影响,而受陶瓷颗粒的加入影响很小。不同的陶瓷颗粒对导电性能的影响有所差别,就本文两种陶瓷颗粒比较而言,NbC颗粒的加入影响略小。适量加入陶瓷颗粒可以大幅提高铜材料的表面性能而对导电性能仅有微小的影响,为制备陶瓷颗粒增强表面改性铜基复合材料提供了实验基础。7.相对于其他表面技术,激光表面强化使合金层与基材形成了牢固的冶金结合,而且极大地提高了表面性能,甚至赋予表面特殊性能,扩大了铜合金的应用范围,具有很好的经济效益和应用前景。
王海棠[9]2009年在《导卫板负压铸渗法表面改性组织及性能的研究》文中研究指明导卫板是钢材轧制生产线上重要的辅助装置,它主要用于诱导、夹持轧件(钢丝)顺利通过。导卫板工作时与高温(1100℃)、高速(6m/s)轧件直接滑动接触,虽然有冷却水强制降温,但经现场检测,导卫板工作面的温度可达300℃。这要求导卫板具有较高的耐磨性,抗热疲劳性和冲击韧性。尽管现有导卫板的制作材料一般是具有很高硬度(63HRC)和良好耐磨性的激冷铸铁,但其磨损破坏仍然非常严重。基于导卫板用材的特殊工况,导卫板材料的创新及改良显得十分必要。通过负压铸渗法在导卫板表面制Ni/WC以及高铬铸铁复合渗层来提高导卫板的性能,并通过组织分析,硬度测试,热疲劳试验,叁点弯曲试验以及高温氧化试验对渗层的性能以及渗层与基体的结合强度,渗层对基体的保护程度进行测试与分析。结果表明:采用Ni/WC合金粉末为渗剂,通过负压铸渗在铸铁表面制备具有不同WC含量的复合渗层,渗层厚度0.5-1.5mm,WC颗粒分布均匀,渗层组织致密,界面结合良好,渗层显微硬度呈连续梯度变化,从表面到基体,硬度由高到低,渗层与基体结合很好。尽管WC含量不同,但在高温氧化过程对基体都具有一定保护作用,对比不同WC含量的复合渗层,WC含量越小,渗层对基体的保护程度越高。复合渗层与基体在800℃进行氧化实验,发现渗层对基体起到了很好的保护作用。FeCr表面复合渗层组织致密,与基体结合良好,并且显着提高了硬度。具有较好的抗热疲劳性能,在800℃进行的氧化实验表明,渗层对基体起到了很好的保护作用。
孙安[10]2015年在《AZ31镁合金表面合金化热扩散层与铸渗层的研究》文中进行了进一步梳理镁合金具有质量轻、比强度和比刚度高、导热性能及铸造性能好等杰出特性,是工程应用中最轻的金属结构材料,满足了汽车制造、航空航天及国防科技等领域结构轻量化的需求。然而,镁合金的化学性质活泼、硬度低、耐腐蚀性和耐磨损性差等问题成为阻碍其更广泛应用的重要因素。在镁合金表面制备合金化层是解决镁合金表面性能差的有效方法之一。因此,对AZ31镁合金表面合金化层与扩散层的组织及性能研究具有重要的理论意义和实用价值。本文依据扩散机制及扩散规律,采用Fick第二定律建立了扩散过程中扩散金属元素的浓度分布方程,并利用Arrhenius公式得到了扩散系数与扩散激活能、温度之间的关系,计算了不同温度时Al、Zn元素在纯镁中的扩散系数。确定了Al、Zn元素的浓度分布与加热温度的关系及界面扩散距离与保温时间的关系。计算结果表明,Al、Zn元素的扩散系数均随加热温度的升高而增大,扩散界面距离随温度升高和扩散时间延长而增加。使用金属铝与金属镁试样加热到430℃,观测到扩散前期(30 min)扩散界面变化显着,Al向镁基体内部渗入速率较快;保温时间为60 min的扩散界面变化基本稳定;从60 min至120 min界面的扩散速率减缓。实验中Al元素在镁基体中的浓度逐渐减小,并在Al、Mg的扩散界面处检测到Mg17Al12、Mg2Al3等铝镁金属间化合物及α-Mg固溶体。Zn元素在镁基体中扩散实验表明加热温度升高,界面扩散距离增大,扩散速率也加快。锌镁扩散层中生成了Mg7Zn3和Mg Zn相,α-Mg+Mg Zn相以片层结构沿镁的晶界向镁基体中伸入。采用热扩散技术在AZ31镁合金表面制备了锌铝合金层。根据实验结果与计算数据的分析,确定了360℃的加热温度和60 min的保温时间为最佳扩散工艺参数。加工后的锌铝合金层和镁合金基体的组织结构与相组成未发生改变。锌铝合金层与镁合金基材之间形成了明显的扩散层,并有Mg7Zn3和Mg Zn等新相生成,说明扩散层的形成主要是通过Zn、Mg元素扩散和反应完成的。扩散层中的显微硬度升高到167 HV,锌铝合金层的显微硬度为115 HV,相比于镁合金基体硬度有较大提高。加热温度为360℃,保温60 min的扩散层试样剪切强度最高,平均值达到49.26 MPa,表明镁基体与锌铝合金层的结合方式为冶金结合。而加热温度过低,扩散层中有缝隙和孔洞;加热温度过高,剪切强度降低,断裂形式为脆性断裂,断口中出现裂纹。锌铝合金中的Al元素含量达到40 wt.%(质量百分比)并加入微量(0.1 wt.%)的稀土La元素后,锌铝镧合金的晶粒得到细化。锌铝镧合金扩散层中存在Mg17Al12、Mg2Al3、Mg7Zn3、Mg Zn2及Al11La3相,增加了扩散层的硬度和界面剪切强度,起到强化作用。扩散温度升高,锌铝镧合金扩散层中金属间化合物增多,硬度升高,但剪切强度由于脆性相的增加而降低。应用铸渗工艺在镁合金表面直接生成了锌铝合金层。浇注温度过高,铸渗层中反应生成的金属间化合物较多,镁合金基体组织受到的影响较大,铸渗层硬度大,剪切强度降低,断口处出现大量脆性组织;浇注温度过低,镁金属熔液中的扩散能量不足,Mg、Al、Zn元素的渗透量较少,铸渗层未完全形成,锌铝合金层与镁基体界面的剪切强度降低。635℃浇注的试样铸渗层结合较好,剪切强度为23.63 MPa。铸渗层中有Mg2Al3、Mg17Al12及Mg Zn2相,镁锌金属间化合物Mg Zn2相集中分布在铸渗层的细小蜂窝状结构内;铝镁金属间化合物相则分布在整个铸渗层中,α-Mg+β-Mg17Al12片层状结构沿镁基体相的边界分布。浇注温度为635℃的铸渗层显微硬度与620℃的相近,但小于650℃的铸渗层最大硬度。对比AZ31镁合金基体、热扩散锌铝合金层及锌铝镧合金层的电化学腐蚀实验结果,极化曲线图表明镁基体的腐蚀电位最低,为-1.5947 V,并且没有出现钝化区;锌铝合金热扩散层的腐蚀电位上升到-1.0829 V,锌铝镧合金扩散层腐蚀电位进一步升高到-1.0496 V,并且都出现明显的钝化区,耐腐蚀性能提高。摩擦磨损实验后的热扩散锌铝合金层、锌铝镧合金层试样及表面铸渗锌铝合金层试样的磨损失重非常小,与AZ31镁合金基体的磨损性能相比,耐磨损性能有极大提高。镁合金基体的磨损形貌图中出现了较宽的犁沟,并伴有撕裂的碎屑,受磨损程度比较严重。热扩散锌铝合金层与铸渗锌铝合金层的磨损形貌中的磨损沟痕较浅,无撕裂碎屑迹象,只有细小的硬质颗粒。热扩散锌铝镧合金层中受损程度更小,只有少量的刮痕出现。基于电化学腐蚀实验和表面磨损实验的结果,镁合金表面热扩散锌铝、锌铝镧合金层及铸渗锌铝合金层都能够有效地改善耐腐蚀与耐磨损性能,为扩大镁合金的应用范围提供有力的依据。
参考文献：
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[2]. 铜合金表面铸渗的研究[D]. 杨贵荣. 兰州理工大学. 2003
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[5]. 有色金属铸件的铸渗工艺研究现状[J]. 赵斌, 曹云飞, 王丽宁, 冉榆. 热加工工艺. 2018
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[8]. 铜材料的激光表面强化研究[D]. 李明玉. 郑州大学. 2013
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[10]. AZ31镁合金表面合金化热扩散层与铸渗层的研究[D]. 孙安. 吉林大学. 2015