镁合金表面冷喷涂Al/a-Al2O3复合涂层微观结构及性能的研究

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	镁合金表面冷喷涂Al/a-Al2O3复合涂层微观结构及性能的研究
	陶永山
学位类型	博士
导师	孙超 ; 熊天英
	2010
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	北京
学位专业	材料加工工程
关键词	镁合金复合涂层冷喷涂腐蚀
摘要	"镁合金因其兼具低密度与优异的物理、力学性能，在汽车、航空和电子信息等很多领域具有应用的潜力。但镁合金耐蚀性差的特性却极大的限制了其作为结构材料广泛的应用。因此，提高镁合金对腐蚀环境的适应能力是十分必要的。对镁合金施以表面防护涂层是镁合金腐蚀控制的有效手段。近年来，作为新兴的、快速发展起来的冷喷涂技术因其不同于传统热喷涂的独特工艺特点，在镁合金的腐蚀防护领域的应用日益受到研究人员的重视。本文采用冷喷涂技术在AZ91D合金表面制备了纯Al涂层和alpha-Al2O3颗粒强化的Al/alpha-Al2O3复合涂层。通过表面形貌仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和图像分析系统等手段对涂层的微观结构进行了表征，研究了alpha-Al2O3颗粒的加入对Al涂层喷涂沉积效率和微观结构的影响。利用显微硬度、单向拉伸试验和MMW-1摩擦磨损试验机分析了alpha-Al2O3颗粒的加入对涂层硬度、涂层/基体结合强度、涂层抗拉强度和涂层摩擦磨损性能的影响。采用电化学实验技术及盐雾试验对涂层的腐蚀行为，分析了alpha-Al2O3颗粒的加入对Al涂层腐蚀性能的影响。主要研究结果如下： 1. alpha-Al2O3的加入提高了喷涂的工艺稳定性及铝粉的沉积效率，这是由于合适的alpha-Al2O3加入量具有与喷涂颗粒粒径相关尺度的粗化作用。同时，可以得到宏观上更加平整的涂层表面。 2. alpha-Al2O3的加入对涂层微观结构的产生影响主要有： (i) alpha-Al2O3的加入促进沉积的Al颗粒的变形，进而获得更为致密的涂层结构，降低涂层的气孔率; (ii) 使铝颗粒的变形界面具有更高的局部温度场，从而促进了颗粒界面附近位错缠绕结构向亚晶的转化。 3. alpha-Al2O3的加入对涂层力学及摩擦磨损性能的影响如下： (i) alpha-Al2O3颗粒的加工硬化作用使得复合涂层中铝基的硬度较纯铝涂层略高，并随着alpha-Al2O3含量的增加，涂层整体的显微硬度也随之增大； (ii) 由于alpha-Al2O3颗粒对基材的清洁及钉扎作用，使复合涂层与基体的结合强度和纯铝涂层相比有了大幅度的提高； (iii) 由于alpha-Al2O3颗粒对Al颗粒变形的促进作用，使涂层中部分Al/Al颗粒界面产生冶金结合，加之alpha-Al2O3颗粒对裂纹扩展的阻碍作用，使复合涂层的自身的抗拉强度远高于纯铝涂层； (iv) 在较高载荷下（10N），氧化铝的加入不能有效提高涂层的耐磨性，随着涂层中alpha-Al2O3的增加，涂层的磨损方式从粘着磨损渐向磨粒磨损转化。 4. alpha-Al2O3的加入对腐蚀行为及性能的影响： (i) 复合涂层及纯铝涂层与基体AZ91D镁合金相比，耐蚀性能显著提高，并由于alpha-Al2O3对涂层的夯实作用，复合涂层较纯铝涂层能够对镁合金基体提供更有效和可靠的腐蚀防护； (ii) 浸泡初期，纯铝涂层较复合涂层及块体纯铝具有更低的自腐蚀电位和更高的点蚀阻抗，随着浸泡时间延长，涂层样品的自腐蚀电位渐趋一致，极化行为也渐趋一致，但复合涂层表现出更高的极化阻抗和氧化膜阻抗； (iii) 由于涂层中微米级及纳米级微孔的存在，涂层样品的腐蚀过程自始至终受到传质过程的影响。"
其他摘要	Magnesium alloys are promising light weight materials applied in automotive, aerospace and electronic industries due to their combination of low density and excellent physical and mechanical properties. However, the relatively high corrosion susceptibility of magnesium alloys limits their potential for wide industry applications as structural materials. Therefore, it is necessary to improve anti-corrosion ability of magnesium alloys in corrosion environment. Protective coatings are one of the most effective ways for corrosion control of magnesium alloys. Recently, cold spray technique, a relative new surface treatment technique, has attracted more and more attention in using for corrosion protection of magnesium alloys due to its different processing characteristics from traditional thermal spray technique.
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/64188
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	陶永山. 镁合金表面冷喷涂Al/a-Al2O3复合涂层微观结构及性能的研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所,2010.