镁合金表面纳米化显微结构和晶粒细化机理研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文镁合金表面纳米化显微结构和晶粒细化机理研究摘要纳米结构材料由于具有独特的微观结构和优异的力学性能而备受关注。表面机械研磨处理(SMAT)技术不仅可以在材料表面制备出无污染、无缺陷及体致密的理想纳米材料，而且避免了纳米层与基体的结合界面。密排六方结构(HCP)的镁合金具有密度小，比强度、比刚度高等优点，同时资源丰富，因此，获得广泛应用，特别是在通讯电子工业、航空航天工业及汽车制造业的应用尤为突出。利用SMAT技术将HCP结构的镁合金样品表面纳米化，并研究其晶粒细化机制与性能具有理论与实际意义。本工作以密排六方结构的AZ

2、91D和AZ31B镁合金为研究对象，采用光学显微镜(0M)、X射线衍射仪(Ⅺm)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨电子显微镜(HRTEM)及扫描电子显微镜(SEM)等测试设备系统研究了SMAT后样品表面层不同深度的微观结构特征；并通过显微硬度和腐蚀实验，获得表面纳米化镁合金的力学性能和耐腐蚀性能：最后分析、讨论了两种样品塑性变形机制和应变诱导的晶粒细化机制。主要研究结论如下：1．SMAT后AZ91D镁合金表层形成了等轴、随机取向的纳米晶粒，太原理1=大学硕士研究生学位论文平均晶粒尺寸约为50nm。表面层微观结构随距表面深度增加呈梯度变化，从最表面

3、到大约10I．tm深的区域内，晶粒尺寸大约从50nm增加到100rim；紧靠这一纳米晶区的亚表层——从10pro到409m深，晶粒尺寸从100nm增加到400nm。随距表面深度增加，微观应变减小，晶粒／亚晶结构尺寸逐渐增大。2．SMAT后AZ31B镁合金，表层结构的变化情况与AZ91D基本一致。表面层微观结构也随距表面深度增加呈梯度变化，晶粒尺寸从表层的60nm逐渐增大，当距表面1009m时增加到1～2pro。3．SMAT后的AZ91D和AZ31B镁合金表面层的显微硬度明显增大，随深度增加，硬度值减小。对于AZ91D镁合金来说，表层强度提高的原因

4、是：晶粒细化、加工硬化和p—Mgl7All2相的返溶；而单相AZ31B镁合金表层强化的主要原因是晶粒细化和加工硬化。另外，SMAT后样品的耐腐蚀性能都不同程度的下降。4。AZ91D镁合金的变形方式是位错滑移，塑性变形区有三种主要位错组态：位错墙、位错环和位错缠结。位错墙和位错环是通过应变引起的位错滑移、积聚而形成。位错缠结是高密度位错混乱交织在一起的位错排列。随应变的增加，这三种位错组态逐渐演变成为位错胞和亚晶。随应力的增大和撞击引起温度的升高，被处理表面层产生动态再结晶(DRX)，最终在DRX的作用下晶粒得以细化。5．在SMAT过程中，随应变增

5、加(距表层距离减小)，AZ31B镁合金的塑性变形方式由变形孪生转变为位错滑移。大应变作用下所产生的II太原理工大学硕士研究生学位论文DRX导致纳米晶粒形成。6．除Al含量对镁合金的塑性变形机制有影响以外，p—Mgl7AIl2相对镁合金塑性变形机理也起了重要的作用，它使镁合金的塑性变形由孪生转变为位错滑移。关键词：镁合金，表面机械研磨处理，表面纳米化，晶粒细化机理，显微结构，性能IIl太原理工大学硕士研究生学位论文MICRoSTRUCTUREANDGRAINREFINEMENTMECHANISMOFSURFACENANOSTRUCTUREMAGNE

6、SIUMALLOYSABSTRACTNanostructuredmetallicmaterialshavebeenthesubjectofconsiderableresearchinrecentyearsduetotheiruniquemicrostructureandappealingmechanicalproperty．Surfacemechanicalattritiontreatment(SMAT)cannotonlyformthenanostructureofbulkdensity,porosity—freeandcontaminatio

7、n—freeonmaterialssurfacelayer,butalsoavoidbondinginterfacebetweenthenanostructuredsurfacelayerandmatrix．Mgalloys(HCP)havewideapplicationinindustry,especially,communicationelectron，aeronauticsandastronautics，Carmanufacturing，duetolowdensity,highspecificstrengthandspecificstiff

8、ness，alsoabundantresource．SNCMgalloyspossessexceptionalmechanicalpro