镁合金及表面处理微动磨损研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要微动是发生在接触表面之间的振幅极小的往复运动，微动损伤普遍存在于航空航天、核反应堆、电力电子、交通运输工具和人工植入器件等工程领域的关键零部件中，微动损伤的危害同益凸现。镁合金具有密度小、比强度和比刚度大、切削加工性能好等一系列优异性能，在汽车工业、电子工业和航空航天等许多重要工业部门得到了日益广泛的应用。但有关镁合金及其表面改性的微动磨损与机理深入系统的研究报道较少。本文使用高精度液压式微动磨损试验机，以三种镁合金(ZM5、MB8、MBl5)以及ZM5镁合金的微弧氧化改性材料和

2、MB8镁合金的电子束改性材料为研究对象，系统地进行了微动磨损试验。并采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、激光共焦扫描显微镜(LCSM)和电子能谱(EDX)等分析手段细致分析了微动磨损的磨斑。主要的研究内容和结论如下：1．建立了ZM5镁合金的运行工况微动图，揭示了三种镁合金微动摩擦特性。结果表明：三种合金的微动运行区域由部分滑移区、混合区和滑移区组成。在恒定的法向载荷下，随着位移幅值的增加，ZM5镁合金首先进入混合区，而MBl5最后进入混合区。在同一区域，MBl5镁合金损伤最轻微而ZM5镁合金最严重。三种镁

3、合金的稳态摩擦系数都是在滑移区出现最大值。2．镁合金的微动磨损特性为：在部分滑移区损伤轻微，其磨损机理是粘着和轻微氧化磨损；在滑移区的损伤为大量黑色磨屑覆盖在剥落形成的磨损坑，其磨损机理是粘着、氧化和剥层磨损共同调节；在混合区的损伤为小部分剥落或粘着区，其磨损机理是粘着、氧化和磨粒磨损共同作用。3．强脉冲电子束表面处理的MB8镁合金和微弧氧化表面处理的ZM5镁合金的改性层厚度约为十几个微米，改性后表面粗糙度增加。随着位移幅值的增加，微动区域从部分滑移区到混合区在到滑移区。在不同位移幅值下，从磨损体积上可以看出都是改性体

4、的磨损比基体的磨损轻微，改性后的镁合金在不同运行区域上不同程度上改善了试样抗微动摩擦磨损性能。关键词：镁合金微动磨损微动图微动区域西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractFrettingisasmallamplitudeoscillatorymovementthatOCCUFSbetweencontactingsurfaces．FrettingmayOCCUrinmanyengineeringkeystructures，suchasspacemechanisms，nuclearpowerplants，el

5、ectricalequipments，andevenorthopaedicimplants．Someofthefailuresinitiatedbyfrettinghavetragicconsequence．Withmanyexcellentpropertiessuchaslowdensity，thehighstrength-to—weightratioandstiffness—to·weightratio，goodmachinability,magnesiumalloyhasbeenmoreandmoreusedin

6、manyimportantindustrialbranches．However,thefrettingwearbehaviorsandmechanismofmagnesiumalloyanditssurfacemodificationhaverarelybeeninvestigatedsystemically．Thefrettingwearexperimentswereperformedbyahydraulicfrettingtestrigequippedwithliquidcontainerandcathodepol

7、arizationdevice．Thesystematicstudieshavebeenconductedonthefrettingwearbehaviorofthreemagnesiumalloy(ZM5、MB8、MBl5)，aswellasmicroarcoxidationmodificationofZM5magnesiumalloyandelectronbeammodificationofMB8magnesiumalloy．Thefrettingwearscarshavebeencarefullycharacte

8、rizedthroughopticalmicroscope，scanningelectricalmicroscope，laserconfocalscanningmicroscopeandenergydispersivespectroscope．Themainresearchworksandobtainedconclusionsar