纯镁及镁合金强流脉冲电子束表面改性

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1、大连理：L：大学博士学位论文摘要强流脉冲电子束处理是近十几年来发展起来的～门新兴材料表面改性技术。大量工作表明纯铝和模具钢在经过强流脉冲电子束处理后，抗磨性和耐蚀性有明显提高。本文选择纯镁以及变形镁台金AZ3l和铸造镁合金AZ91HP作为研究对象，针对镁合金耐蚀性差和强度不足的缺点，进行强流脉冲电子束表面处理研究。我们发现，这种处理能够有效地提高纯镁及镁合金的抗蚀性和达到表面强化效果。我们首先研究了微观组织形态。处理后样品表面呈起伏形貌，出现典型熔坑和大量细小的颗粒。重熔层纯镁达到3～8微米，镁合金钆lO微米。非均匀加热和冷却疆发应力和应力波，导致表面

2、出现塑性变形，主要是孪晶形式，同时观察到表面改性层中位错增多。对于镁合盒，由于镁的蒸发和第二相Mgl7All2熔化，表面形成铝的饱和固溶体。我们进而利用数值方法模拟了纯镁的动态温度场。在熔化模式下，次表层先熔化和准静态应力共同作用导致表层液滴喷发，形成典型的熔坑形貌，并产生强的冲击热应力。在31／cm2能量密度下。重熔层厚度为6．5陋l，与实验结果很接近。表层可继续升温到汽化模式，溅出大量小液滴，在电子束流中，这些小液滴被充上负电，并在电场力的作用下重新返回表面，从而解释了处理后的特殊表面形貌。我们还对显微硬度和磨损性能进行了测试。近表层几百微米范围内

3、均出现显微硬度值升高的现象。纯镁(3J／cm2，10个脉冲)的峰值硬度(努氏)从55HK增加到100HK左右提高约90％，AZ31试样(3J／cm2，10个脉冲)的峰值硬度从61HK增加到130HK左右，提高约1lO％，AZ9lHP试样的峰值硬度从65HK增加到142HK左右提高约100％。而且随深度增加呈现波动起伏，这主要由于加工处理过程中热应力波传播造成的。同时，因为显微硬度的提高，改性样品平均摩擦系数降低，耐磨性提高。处理后样品在5％NaCI溶液中抗腐蚀性能有显著提高，AES及TEM分析表明，表面生成了纳米态的氧化镁层，对于镁合金，随铝固溶度增加

4、，表面易于形成致密的氧化膜，动电位极化曲线测量结果显示极化电阻增大，自腐蚀电流降低，纯镁自腐蚀电流可降低约一个数量级，镁合金AZ3l和AZ91HP最大可降低三个数量级，极化电阻与之相反。最后进行表面快速合金化处理，纯镁表面合金化铝后，样品抗5％NaCI溶液腐蚀性能得到显著提高，维钝电流降低2个数量级以上，而镁合金AZ3l以及AZ91HP表面合金化Cr，TiN后，耐磨性均得到提高。关键词：镁合金，强流脉冲电子束，摩擦磨损，腐蚀-I-纯镁及镁台金强流脉冲电子束表面改性SurfacemodificationofpureMg，MgalloysAZ31andAZ

5、91HPbyhighcurrentpulsedelectronbeamAbstractInthelastfewdecades，higllcurrentpulsedelectronbeam(HCPEB)hasbeendevelopedintensivelyasanewhigh—powerenergeticbeamusedforsurfacemodificationofmaterials．InthepreviomworksonHCPEBtreatmentsofpureAIandmoldsteels．itwasfoundthatthepropertiesof

6、modifiedsurfacelayerssuchaswearandcorrosionresistancecouldbeimpmvedsignificantly．Consequently，Mg-basedmetalandalloyswereselectedinthepresentworktoinvestigatetheeffectofHCPEBtreatmentontheirWeal-andcorrosionresistanceandtheirspecificcharacteristics．BasedontheexperimentsofHCpEBU'e

7、atmentofpureMg，wroughtMgalloyA乙31anddie-castMgalloyAz9lHP．itisverifiedthatthewear"madcorrosionresistanceofmodifiedsamplescouldbeenhencedobviouslyundertheoptimumtreatingconditionsofHCPEBirradiation．First，themorphologicalevolutionandchangesofstructure-phaseslatesinducedbyHCPEBirra

8、diationwerestudiedsyaematicany．Accordingtothera