压铸AZ91D镁合金表面热喷涂铝扩散冶金层组织和性能.pdf

2 0 1 6 年第 1 期 2 0 1 6年 2月 铸造设备与工艺 F OUNDRY E OUI P ME NT AND T E CHNOL 0G Y F e b ．2 0 1 6№ l 试验研究 d o i 1 0 ． 1 6 6 6 6 ／ j ． c n k i ． i s s n l O 0 4 - 6 1 7 8 ． 2 0 1 6 ． 0 1 ． 0 0 8 压铸 A Z 9 1 D镁合金表面热喷涂铝扩散 冶金层组织和性能 刘宝胜 。 张敏刚- ， 李秋书 - ， 卫英慧z ．3 。 侯利锋 z 。 李会敏 2 1 ． 太原科技大学 材料科学与工程学院， 山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 太原理工大学 材料科学与工程学院， 山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 3 ． 山西工程技术学院， 山西 阳泉 0 4 5 0 0 0 摘要采用电孤喷涂技术对压铸 A Z 9 1 D镁合金表面喷涂纯铝。为了提高其界面性能，对喷涂后样品在 3 0 0℃、 3 5 0℃、 4 0 0℃和 4 3 7 o C 分别进行 1 h 、 5 h和 1 0 h扩散热处理 ， 并通过扫描电镜 S E M 、 能谱仪 E D S 、 X 射线衍射 X R D 、 及电化学分析仪测试了其界面的微观结构和性能。结果表明 在4 0 0℃， 保温时间较短时 1 h和 5 h ， 界面生成y M B 相和／3 一 Mg 7 A l 1 2 相两个扩散层， 当保温时间延长至 1 0 h时， 扩散层演变成了卢 一 Mg 1 ≯ A 1 。 单相层和 Mg 一 Mg 7 A l l 2 复合相层。相对 A Z 9 1 D基体而言， 各种冶金扩散 层的耐腐蚀性能都有明显增强， 特别是两个单相扩散层。 关键字 压铸 A Z 9 1 D镁合金； 电弧热喷涂； 扩散热处理； 微观结构； 性能 中图分类号 T G1 6 6 ．4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 6 6 9 4 2 0 1 6 O 1 0 0 2 5 0 5 M i c r o s t r u c t u r e s a n d P r o p e r t i e s o f Di ffu s i o n M e t a l l u r g y La ye r o n t h e Di e -c a s t i n g AZ9 1 D Su r f a c e by The r ma l Sp r a y i ng AI L ／ UB a o - s h e n g I , Z H ANGMi n - g a n g 1 , L I Q i u - s h u ， 唧Y i n g - h u i 2 , 3 , HOUL i - f e n g 2 , 日h f rai n 1 ． T a i y u a n U n w e n i t y o fT e c h n o l o g y ， C o l l e g e o fMa e ri d S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ， T a i y u a n S h a a x i 0 3 0 0 2 4 ， C h i n a ； 2 ． T a i y u a n U n we n S t y o fS c ie nce a n d T e c h nol o gy， C o l l e g e ofMa t e r i a l S c ien c e a n d E n gi nee ri n g ， T a i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 2 4 ， C h i n a ； 3 ． S h a n x i I n s t i t u t e o fT e c h nol o gy， Y a n g q u a n S h a n x i 0 4 5 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r c t A I c o a t i n g wa s p r e p a r e d O i l t h e s u r f a c e o f d i e - c a s t i n g A Z 91 D Mg a l l o y t h r o u g h e l e c t r o - a r c s p r a y i n g t e c h n o l o g y ．I n o r d e r t o e n h a n c e the p e rf o r ma n c e s o f the i n t e r f a c e ， t h e s a mp l e s w e r e h e a t t r e a t e d a t 3 0 0℃ ， 3 5 0℃ ， 4 0 0 a n d 4 3 7℃ f o r l h， 5 h a n d 1 0 h a f t e r s p r a y i n g， r e s p e c t i v e l y ． T h e mi e r o s t r u e t u r e s and p r o p e r t i e s w e r e c h a r a c t e r e d b y t h e me a n s o f XR D， s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e S E M ， e n e r gy- d i s p e r s i v e s p e c t r o m e t r y E D S ， a n d e l e c t r o c h e mi c a l a n a l y z e r ． Th e r e s u l t s s h o w t h a t fl - Mg 1 7 A 1 l 2 p h a s e d i ff u s i o n l a y e r a p pe a r s a t i n t e r f a c e w h e n the a n n e Mi n g t e mp e r a t u re u n d e r 4 0 0 o C， a n d a l i t t l e“ ／ - Mg 2 A p h a s e a c c o mp ani e d， a n d t h e m o re a n n e a l i n g t i me ， the thi c k e r d i ff u s i o n l a y e r ． Wh e n the a n n e ali n g t e mp e r a t u r e i s o v e r 4 0 0 o C， p h a s e l a y e r a n d ／3- Mg 17 A l l 2 p h a s e l a y e r a p p e a r s f o r s h o rt ann e al i n g t i m e 1 h ， 5 h ， the mi c ms t mc t u r e o f d i ff u s i o n l a y e r b e c o me s 卢p h ase and d u al - p h a s e l a y e r f o r 1 0 h ． C o mp a rin g t h e Mg a l l o y s u b s t r a t e ， the c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f the d i f f u s i o n l a y e r i s o b v i o u s l y i n c r e a s e d， f u rt h e r ， t h e s i n g l e - p h a s e 卢 d i ff u s i o n l a y e r i s b e t t e r tha n d u a l p h a s e d i ff u s i o n l a y e r ． Ke y wo r d s d i e - c ast i n g A Z9 1 D， e l e c t r o - a r c s p r a y i n g， d i ff u s i o n h e a t t r e a t me n t ， mi c r o s t r u c t u r e s ， p e r f o rm a n c e s 由于镁合金具有一系列其他材料不可比拟的 优点 ， 已经在许多领域得到广泛应用， 但同时镁合 金的耐蚀性较差是阻碍其向更宽、 更广领域发展的 最大障碍[1 -3 1。因此， 改善镁合金的表面耐蚀性， 使其 收稿 日期 2 0 1 5 0 9 0 7 作者简介 刘宝胜 1 9 7 9 一 ， 男 ， 山西广灵县人 ， 博士， 讲师。 基金项目 太原科技大学校博士科研启动项目 2 0 1 5 2 0 1 1 ； 国家 自 然科学基金资助 5 1 0 4 4 o 0 7 ， 5 1 3 7 4 1 5 1 ； 中国博士后科 学 基金 2 0 1 0 0 4 7 1 5 8 6 。 表面具有多重功能已经成为广大科技工作者关注 的焦点课题嗍 。针对不 同应用领域 ， 各种表面处理方 法也一直在研究中， 有的表面处理技术已经应用到 实际生产中[5 - 13] 。在各种表面处理技术中， 通过热扩 散使其表面获得冶金层具有诸多优点。特别是通过 此方法能够在合金基体表面形成冶金扩散层【 日 或 涂层和基体界面生成金属间化合物【堋 ， 这将大大提 高镁合金表面的耐蚀性及力学性能， 如硬度 、 耐磨 性 等。 而且针对扩散层的研究已经很广泛， 例如张 25 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 鱼 堡箜 塑 型 塞 墼 圭 里 苎 茎 堡 型 竺 ， 奎 全 篁 箜 堡 垒 垒 誊 面 热 喷 涂 散 冶 金 层 组 织 和 性 能 铸造设备与工艺 线及其动态参数。可见 扩散层的腐蚀电位最高 一 1 ．2 4 V ， 电流密度最小 0 ． 1 0 0 m k ] c m 2 ， 表明在 电化学极化腐蚀实验中， 电子移动最慢 ， 腐蚀速率 最低 ， 耐蚀性最高。总体而言， 耐腐蚀性由高到低依 次为 相， 卢相 ， o L 复合相和 A Z 9 1 D镁合金基 体。 这表明合金扩散层的耐蚀性较 A Z 9 1 D镁合金基 体都有较大提高， 且两个单相合金扩散层的耐蚀性 都比复合相合金扩散层的好。 3 结论 1 经电弧预喷涂纯铝的压铸 A Z 9 1 D镁合金在 不同工艺热处理后， A l 涂层与镁合金基体间可以形 成不同结构的冶金扩散层。主要有三种情况 1 温 度相对较低 4 0 0 cC 时间较 短 1 h 、 5 h 时 ， 形成 Mg 2 A l 3 和 卢 一 Mg 。 7 A l 两层结 构扩散层； 3 温度较高 4 0 0 oC 时间较长 1 O h 时， 形成 卢 一 M g 1 7 A 相扩散层和花池状 Mg 一 Mg 7 A l 2 复合相扩散层。 2 耐腐蚀性由高到低依次为 y相， 相， 复合相和 A Z 9 1 D镁合金基体。 参考文献 S o n g G L ．Re c e n t p r o g r e s s i n c o r r o s i o n a n d p r o t e c t i o n o f ma g n e - s i u m a l l o y s[ J ] ． A d v a n c e E n g i n e e ri n g Ma t e r i a l ， 2 o 0 5 7 5 6 3 5 8 6 ． L i u Ba o -s he n g， W e i Yi n g - h u i ， Ho u Li - f e n g ．F o r ma t i o n Me c h a - n i s m o f Di s c o l o r a t i o n o n Di e -C a s t AZ9 1 D Co mp o n e n t s S u rfa c e A f t e r C h e m i c a l C o n v e r s i o n [ J ] ． J o u rna l o f ma t e r i als e n gin eeri n g a n d p e rf o r ma n c e ， 2 0 1 3 ， 2 2 1 5 0 5 6 ． L i u B a o -s h e n g， W e i Yi n g - h u i ， Ch e n We i - y i ， e t c ．Mi c r o p o r o s i t y f o r m a t i o n i n Mg a l l o y s and i ts e f fect o n p r o t e c t i v e c o a t i n g s【 J ] ． S u rf a c e E n gin eer i n g ， 2 0 1 4 ， 3 0 1 2 9 3 9 9 4 3 ． 梁春林， 刘宜汉， 韩变华， 等． 镁合金表面处理研究现状及发展 趋势[ J ] ． 表面技术． 2 0 0 6 ， 3 5 6 5 7 6 0 ． C hang K Z， S h i h T S． Co n v e rsi o n c o a t i n g t r e a t me n t f o r ma g ne s i u m a l l o y s b y a p e r m a n g ana t e p h o s p h a t e s o l u t i o n [ J ] ． Ma t e ri al C h e m i s t r y an d P h y s i c s ， 2 0 0 3， 8 0 1 91 - 2 0 0 ． Ha wk e D， Al bri g h t D L， A p h o s p ha t e p e r mang an a t e c o n v e rsi o n c o a ti n g fo r m a g n e s i u m [ J ] ． M e t a l F i n i s h i n g ， 1 9 9 5 1 0 3 4 3 8 ． 张荣发， 单大勇， 韩恩厚， 等． 镁合金阳极氧化的研究进展与展 望[ J ] ． 中国有色金属学报。 2 0 0 5 ， 1 6 7 0 1 1 3 7 1 1 4 8 ． Z o z o u l i n A J ， B a r t a k D E， An o d i z e d c o a t i n g fo r ma g n e s i u m a l l o y s [ J ] ． M e t a l F i n i s h i n g ， 1 9 9 4 ， 9 2 3 3 9 ． 【 9 ] K u i r e n L i u ， Q u an L i u ， Qi n g H an ， G a n f e n g T u ． E l e c t r ede pes iti o n o f A 1 o n A Z 3 1 m a g n e s i u m al l o y i n T M P A C A 1 C D i o n i c l i q u i d s [ J ] ． T r an s ． No n f e r r o u s Me t ． S o c ． ．C h i n a 2 0 1 1 2 1 2 1 0 4 - 2 1 1 0 ． [ 1 O ] 刘海萍， 夏文超， 毕四富， 等． 镁合金直接化学镀镍工艺及镀 层性能[ J ] ． 电镀与涂饰， 2 0 1 1 0 2 2 2 2 3 ． [ 1 1 ] 刘应辉， 康志新， 方刚， 等． A M 6 0 镁合金表面功能纳米有机薄 膜的制备及特性研究[ J ] ． 功能材料， 2 O L O 1 1 1 1 3 1 1 6 ． 【 1 2 ] K． S p e n c e r ， D ． M． F a b i j ani c ， M． - X． Z h ang ， ，nl e u s e o f A1 一 A 1 2 03 c o l d s pr a y c o a t i n gs t o i mp r o v e t h e s u rfa c e p r o p e r t i e s o f ma g l l e - s i u m a l l o y s [ J ] ．S u rf a c e ＆ C o a t i n gs T e c h n o l o g y ．2 0 0 9 ， 2 0 4 3 3 6 3 4 4． [ 1 3 ] 王洪涛， 贾鹏 ， 林晓娉， 等． 镁合金表面电弧喷涂金属耐蚀涂层 性能研究[ J ] 腐 蚀科学与防护技术， 2 0 0 9 3 1 0 2 1 0 5 ． 【 1 4 ] Y o u p i n g M， We i x i n W ， P e n g f e i L， K e w e i X ． E ff e c ts o f t r e a t me n t pa r a me t e rs o n mi c r o s t r u c t u r e o f d i ff us i o n a l l o y ed c oati n gs o n p u r e m a g n e s i u m [ J ] ． S u rf ． E n g ． 2 0 0 4 2 0 1 0 8 - 1 1 2 ． 1 1 5 J MaYP ， X uK W ， e t a 1 ． T h e e ff ect o f s o l i d d iff u s i o n s u r f a c e a l l o y i n g o n p r o p e r t i e s o f Z M 5 i n a g T l es i u l n a l l o y [ J ] ． S u rf ． C o a t ． T e c h 。 2 0 o 5 2 1 6 5 1 7 0 ． [ 1 6 ] H i r mk e J， Z h a n g M X， S O o h n D H ． S u rf a c e a l l o y i n g of A Z 9 1 E a l l o y b y A 1 一 Z n p a c k e d p o w d e r [ J ] ．S u rf ．C o a t ．T e c h n o 1 ． 2 01 1 ， 2 0 6 4 2 5 - - 4 3 3． [ 1 7 ] S p e n c e r K。 Z h ang M- X， H e a t t r e a t m e n t o f c o l d s p r a y c o a t i n gs t o f o rm p r o t e c ti v e i n t e rm e t all i c l a y e r [ J J ．S c ri p t a Ma t e ri al i a ， 2 0 0 9， 6 1 44 -- 47 ． [ 1 8 ] C h ang M E C h ang J K ， T s a i P J ， T s a i W T ， D ang M J ， S u n I W ． S u r f Co a t T e c h n o l ，2 0 1 0 ， 2 0 5 2 0 0 2 0 4． [ 1 9 ] S UN H Q。 S H I Y N， Z HA N G M X， K ． L U， S u rf a c e a l l o y i n g o f Mg a l l o y s u b j e c t e d 协 s u rf a c e me c h ani c al a t t r i t i o n t r e a t me n t[ J ] ． S u rfa c e＆ Coati n gs T ech n o l o gy ， 2 0 08 ， 2 0 2 3 9 4 7 - 3 9 5 3． [ 2 0 ] 张津， 孙智富． A Z 9 1 D镁合金表面热喷涂铝涂层研究[ J ] ． 中国 机械工程 ， 2 0 0 2 ， 2 3 8 3 8 4 ． [ 2 1 ] A r r a b a l R ， P a r d o A， M e ri n o M C ， e t c ． A 1 ／ S i Cth e r m a l s p r a y c oat i n g s for c o r r o s i o n p r o t e c ti o n o f Mg AI all o y s i n h umi d a n d s a l i n e e n v i r o n me n t s [ J ] ．S u rf ace ＆ C oat i n g s T e c h n o l o gy， 2 01 0， 2 04 2 7 6 72 7 7 4 ． [ 2 2 ] S pen c e r K， Z h ang M X ． He a t t r e a t m e n t o f c o l d s p r a y c o a t i n gs t o fo r m p mt ecti v e i n t e rme t al l i c l a y e r s [ J J ．S c ri p t a ．Ma t e ri al s ， 2 0 0 9 ， 6 1 1 4 4 4 7 ． [ 2 3 ] Ma h e n d r a n 【 G， B a b u S ， B a l a s u b r am a n i an V． A n a l y z i n g the E ff e c t of Diffu s i o n Bo nd i n g P r o c e s s P aram e t e rs o n B o n d C h ara c t e ri s tic s o f Mg - A 1 Di s s i mil ar J o i n t s[ J ] ． J o u r n al of Ma t e ri a l s E n gi n e e ri n g and P e rf o r ma n c e ， 2 0 1 0 ， 1 9 5 6 5 7 6 6 5 ． [ 2 4 ] 王业双 ， 张咏波， 王渠东， 等． M g - 9 A 1 合金铸造凝固模型[ J ] ， 金属学报， 2 0 0 2 5 5 3 9 5 4 3 ． 1 2 5 j L i u F C， L i ang W， L i X R， e t c ． I mp r o v e m e n t of c o r r o s i o n r e s i s - t a n c e o fp u r e ma g n e s i u m v i‘ a v acu u m p a c k t r e a t m e n t [ J ] ． J o u r _ n al of A l l o y s a n d C o m p o u n d s ， 2 0 0 8 ， 4 6 1 1 ／ 2 3 9 9 - - 4 0 3 ． 2 9 1 J 1 j 1』1』1J 1j n l竺I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m