消失模鑄造鎂合金表面合金化-陶瓷化研究.pdf

1、隨著工業(yè)的快速發(fā)展，輕量化越來越被人們所重視，作為最輕的結構材料之一，鎂合金在汽車、機械、航空航天、軍事領域都具有廣泛的應用前景。鎂合金鑄件耐蝕性較差，惡劣環(huán)境下的零部件易發(fā)生腐蝕失效成為制約其更廣泛應用的關鍵因素。
　　 目前常用的防腐措施都存在不同程度的局限性，特別是對復雜外形的鎂合金鑄件。
　　 因此，研究新的表面防腐技術成為擴大鎂合金鑄件應用范圍的重要課題。
　　 本文采用消失模鑄造工藝，在泡沫模樣表面涂

2、刷一層或兩層特種涂料，在成形過程中，使鎂合金鑄件表面生成具有較高強度和致密性的合金化/陶瓷化層，以提高合金鑄件的耐蝕性。建立合金化/陶瓷化動力學模型，進一步揭示鎂合金表面合金化的動力學和冶金學機制，本文在合金化/陶瓷層的形成規(guī)律、工藝技術路線、防腐效果等多方面進行了深入研究，完成的主要工作如下：
　　 首先，系統(tǒng)地研究了鎂合金消失模鑄造表面合金化工藝，選擇金屬鋁粉作為合金化元素配制合金化涂料，在鑄件表面得到了平均厚度為300~5

3、00μm的合金層。重點研究了合金化鋁粉顆粒粒度、粘結劑種類、真空度、澆注溫度等因素對合金層組織的影響。研究結果表明：澆注溫度、真空度只有在超過臨界值時才能克服表面張力的阻礙，生成穩(wěn)定的合金層；鋁粉粒度過小會增加金屬液滲入難度，進而影響合金層質量；粘結劑對合金層的形成過程產生重要影響。在鎂合金鑄件表面得到穩(wěn)定合金層的工藝條件是：澆注溫度780℃，真空度－0.06MPa，合金化涂料厚度0.8mm，Al 粉粒度大小150μm。XRD分析顯示，

4、合金層主要由α-Mg與β-Al12Mg17組成，此外還有少量的Al3Mg2、Al、（MgZn）相。分析了不同元素在合金層截面上的分布，合金層中鋁的含量和顯微硬度沿表面至基體呈梯狀分布。合金層在3.5Wt.％NaCl 水溶液中的電化學分析顯示，其腐蝕電位比未處理的試樣提高了110mv 左右，極化電阻升高了6~7 倍，因此鎂合金的耐蝕性得到了顯著提高。
　　 其次，用PbO-ZnO-Na2O 系陶瓷粉作為陶瓷化材料，研究了鎂合金表面

5、陶瓷化工藝。在鑄件表面形成了厚度40~200μm的陶瓷層。重點研究了真空度和澆注溫度對陶瓷層與基體之間結合界面的影響：較大的真空度可以使涂料層緊實，得到的陶瓷層更加致密；高的澆注溫度可以使模樣裂解成小分子物質，在較大的負壓下順利排出型外，從而提高界面的結合強度。研究表明：澆注溫度為760℃~780℃，真空度－
　　 0.06MPa 時，獲得結合界面較好。考察了金屬液充型前沿、澆道位置以及消失模涂料對陶瓷層形成過程的影響。采用微觀

6、分析手段對結合界面進行線掃描分析，揭示出陶瓷層與基體之間的結合方式是機械結合。表面陶瓷層與基體的結合強度為4.5MPa。將陶瓷層在3.5Wt.％NaCl 水溶液中進行電化學實驗，腐蝕電位提高了400mv，腐蝕電流下降了3個數量級，從而使鎂合金的防腐性得到提高。
　　 在以上研究成果的基礎上，進一步在鎂合金鑄件表面制備了合金化/陶瓷化的復合保護膜，在陶瓷層和鎂合金基體之間形成具有較高耐腐蝕性的合金化區(qū)域，使鑄件具有雙重耐腐蝕保護。

7、復合層的厚度為400μm 左右，防腐性能比單獨合金層的耐蝕性明顯提高，與單獨的陶瓷層相當，但陶瓷層與合金層的結合強度達到5.5MPa，提高了將近20％。通過對陶瓷粉與不同基體之間潤濕性的分析，發(fā)現隨著鎂合金中鋁含量的提高，潤濕性增加，陶瓷層與基體的結合強度也隨之提高。研發(fā)了適用于鎂合金的特種消失模鑄造轉移涂料，在實現表面改性的同時，大大提高鑄件表面光潔度和平整性。
　　 最后，研究了在鎂合金表面制備合金化/陶瓷層的機理，提出合金