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1、第28卷第11期焊接学报Vol.28No.112007年11月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONNovember2007镁合金表面冷喷涂铝合金的界面扩散行为袁晓光,刘彦学,王怡嵩,黄宏军(沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110023)摘要:采用冷喷涂技术在镁合金表面制备了快凝Al-12Si-3Fe-3Mn-2Ni合金粉末涂层,观察了涂层与基体合金界面形态,试验研究了热处理温度和保温时间对涂层与基体之间相互扩散的影响。结果表明,采用冷喷涂技术制备的快凝Al-12Si-3Fe-3Mn-2Ni合金粉末涂层,
2、经热处理后涂层更加致密、均匀,涂层中的Al元素和基体中的Mg元素均发生互扩散;基体中的Mg元素向涂层方向的扩散量要大于涂层中的Al元素向基体方向的扩散量;随着温度的提高和时间的延长,基体和涂层之间的Mg,Al元素扩散程度均提高;但是当温度提高到300e,时间延长到3h后,其扩散层变化微小。涂层和基体合金中的其它元素扩散量较少。关键词:镁合金;冷喷涂;铝合金粉末;扩散中图分类号:TG166.4文献标识码:A文章编号:0253-360X(2007)11-009-05袁晓光[8]0序言主,导致涂层和基体的结合强度不高。如果能够通过热处理使涂层和基体之间发生
3、扩散,从而在界镁合金被人们誉为/21世纪最具发展潜力和前面处形成冶金结合,就可以大大提高界面的结合强度。采用冷喷涂技术在镁合金表面制备铝合金涂途的绿色工程材料0。镁合金的耐蚀性、耐磨性和耐高温性能差,成为阻碍镁合金推广应用的一个重要层,目的是解决镁合金耐蚀性差,易磨损等问题。同问题。如何解决镁合金腐蚀和磨损问题是提高镁合时采用不同的热处理工艺对喷涂试样进行扩散处金铸件使用寿命,拓宽镁合金应用范围的关键之一。理,研究了热处理对涂层与基体的相互扩散的影响,目前,镁合金表面防护方法主要有等离子体微弧阳确定了最佳的热处理工艺。极氧化、电镀、化学镀、气相沉积、
4、激光改性等。但是,等离子体微弧阳极氧化得到的氧化膜较薄,防护1试验效果有限,电镀和化学镀工序复杂,且污染环境,气[1-6]1.1试验材料相沉积和激光改性的成本太高。因此,考虑到经济和效率因素,也可用喷涂的方法在镁合金表面冷喷涂涂层合金成分为Al-12Si-3Fe-3Mn-喷涂覆盖上一层致密的保护膜。有研究报道,可以2Ni,该成分是考虑了涂层耐磨、耐热和耐蚀性要求而设计的。利用超音速气体雾化技术制备合金粉在镁合金表面进行热喷涂,如镁合金表面热喷涂铝[5]末,并将粉末进行筛分,选择过400目筛的粉末用于合金等,传统上采用的热喷涂方法也会对其产生[6]一些
5、有害影响,如高温氧化、蒸发、溶解、结晶、残余喷涂。表1是利用激光粒度测定仪检测的通过[6]400目筛不同直径粉末的质量分数。从表1可以看应力、剥落、气体释放和其它常见问题。新兴的冷喷涂工艺克服了上述弱点,在冷喷涂中,喷涂粉末粒出,用超音速气体雾化技术制取的合金粉末,直径小子在热的非氧化性气流束中加速,喷涂加热温度较于40Lm的粉末约占总质量的88.6%,而且粉末粒低,涂层基本无氧化现象,适用于纳米、非金属等对度分布较均匀,说明超音速气体雾化技术制备的合[7]金粉末适合冷喷涂要求。温度敏感材料,可以获得低氧化物含量、低内应力、[7]高硬度、大厚度涂层。
6、但是,涂层和基体的界面结表1不同直径粉末的含量(质量分数,%)合以及涂层之间的粒子结合主要以机械结合为Table1Masspercentofpowderswithdifferentparticlesize粉末最大直径DPLm<101015203040>40收稿日期:2006-11-0333.59.921.78.19.46.011.4基金项目:沈阳市科技攻关计划资助项目(1053090-2-01)10焊接学报第28卷冷喷涂基体材料为镁合金,牌号为AK63,化学成分见表2。表2AK63镁合金的化学成分(质量分数,%)Table2Chemicalcompo
7、sitionofAK63magnesiumaloyAlMnZnSiCuNiFeMg8.5~9.50.17~0.400.9~0.95[0.05[0.025[0.001[0.004余量1.2试验方法生扩散,且距离界面越远,元素含量越低;另外,Al将冷喷涂试样分别在250,275,300e进行退火元素含量在47.36%~78.62%之间,最终接近原始处理,分别保温1,2,3h,空冷。用扫描电镜(SEM)涂层中Al元素含量为80%的数值。其它元素的扩观察涂层和界面的形貌特征。用能谱仪(EDS)分析散未能检测到,其扩散量可能很少。热处理涂层与基体间相互扩散情况
8、。2试验结果及分析2.1热处理对涂层组织形貌及扩散的影响图1是涂层界面形貌。可以看出,基体由于粉末颗粒的冲击
