az91镁合金电火花沉积涂层及腐蚀行为研究

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1、AZ91镁合金电火花沉积涂层及腐蚀行为研究重庆大学硕士学位论文(专业学位)学生姓名：尚正恒指导教师：赵建华教授学位类别：工程硕士（材料工程领域）重庆大学材料科学与工程学院二O一五年五月ResearchofElectric-SparkDepositionCoatingofAZ91magnesiumalloyanditsCorrosionBehaviorAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByShangZheng-hengSupervised

2、byProf.JianhuaZhaoSpecialty:ME(MaterialEngineeringfield)CollegeofMaterialScienceandEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要镁合金作为一种密度低、比强度、比刚度高的工程结构材料，已经广泛的应用于航天航空、军工、电子、汽车等领域；但是由于镁及镁合金的电极电位较低，在空气或者腐蚀物存在环境中极易发生腐蚀现象，这些极大限制了镁合金的推广和应用。本文在AZ91D镁合金表面电火花沉积AZ81合金电极丝材，并利用扫描电子显微

3、镜(SEM)、能谱分析(EDS)等研究手段分析了电火花沉积电压、沉积频率和占空比等工艺参数对改性层截面形貌、涂层厚度、表面粗糙度的影响，并得出最佳电火花沉积工艺；同时，在AZ91D镁合金表面电火花沉积A356合金、AZ81-La合金涂层及对其表面进行钨极重熔改性处理，进行12、24、36小时不同时间段的3.5%NaCl溶液浸泡试验和电化学极化曲线测试，进而探讨电火花沉积铝涂层、AZ81-La涂层及钨极重熔改性层对基材耐腐蚀性行为的影响，并对各涂层的耐腐蚀性机理进行分析；结合SEM、EDS、XRD衍射分析仪对AZ81-La元素分布、相结构、显微组织对涂层耐腐蚀性行为进行分析和研究。得出以下结论：

4、①当电火花沉积频率、占空比一定，沉积电压从25V增大到45V时，脉冲放电能量增加，瞬间释放的能量加剧，电极丝材及母材的熔化量加大，涂层的厚度随工作电压的提高而变厚，此外，涂层内部也出现大量孔洞、裂纹等缺陷；涂层致密度、均匀性呈现先好转再逐步变差的趋势，沉积电压为30V时涂层表面粗糙度值最低。②当电火花沉积电压、占空比一定，沉积频率从150Hz增大至350Hz时，单位时间内放电次数增多，但是单次放电持续时间减少，能量降低，工作电极和母材熔化量降低，熔滴之间融合相对低频率表现良好，使得涂层表现出较小的粗糙度值；熔化量的减少也使得涂层厚度由190um逐渐减小到120um左右；同时，熔化速率和沉积速率

5、的下降让外界空气容易的卷入涂层内部，造成涂层表面致密性、均匀性有所下降，内部孔洞缺陷相对增多。③当电火花沉积电压、频率一定，占空比为40%时，涂层内部充有较多微小孔洞、裂纹缺陷，涂层厚度较薄、粗糙度较大，当占空比为50%，电极、母材的熔化量适中，涂层粗糙度较小，厚度有所提高，涂层变得致密、均匀；当占空比达到55%、60%时，放电能量加剧，电极及母材熔化量增多，金属液流动性加快，形成具有一定规律的方向性的表面，涂层呈粗糙度较大的灰色橘皮状。④AZ91D基材在浸泡实验中，由于铝含量相对较低的α-Mg相与铝含量较高的I重庆大学硕士学位论文中文摘要β-Mg17Al12相比表现出较强的活泼性，故腐蚀优先

6、发生在贫Al区α-Mg相内，之后逐渐向周围扩展，并终止于弯曲状的铝含量高的β-Mg17Al12相。电火花沉积铝涂层经过12、24、36小时不同时间段浸泡实验结果表明，氯离子很容易被吸附到裂纹缝隙内部，并因腐蚀裂纹内-外存在电极电位差别的激活态-钝化态微小腐蚀电池最终导致了巨大的腐蚀环形貌。⑤镁合金钨极重熔改性层经过12、24、36小时的浸泡实验后，涂层表面从腐蚀坑、孔洞较小的保持原有整体涂层形貌逐渐演变为具有微小的疏松多孔的腐蚀形貌；而AZ81-La涂层经过不同时间段的腐蚀后，其表面形貌变化不大，腐蚀表面依旧平整，受腐蚀区域面积较小。⑥电化学极化曲线测试结果显示，钨极重熔改性层、AZ81-La

7、涂层的自腐蚀电位Ecorr分别为-1.49V，-1.33V，与基体相比，往正方向移动了120mV、280mV。AZ81-La涂层、钨极重熔改性层自腐蚀电流密度i=7.8×10-6A·cm-2、i=3.2×10-5A·cm-2较基材相比分别降低了约两个、一个数量级，二者均对合金耐腐蚀有一定程度的提高。⑦电火花沉积AZ81-La涂层中，La元素主要集中于第二相，涂层中Al-La-Mn(Al8LaMn4