az91d 镁合金表面激光改性的组织和性能研究摘要.doc

AZ91D镁合金表面激光改性的组织和性能研究 摘 要 为了达到提高镁合金表面的硬度和耐腐蚀性的目的，本文在AZ91D镁合金表面上，使用最大激光功率为5kW的CO2横流激光器进行了激光熔凝和激光熔覆处理；在试验过程中，分别对激光熔凝处理、激光熔覆纳米Al2O3/WC/Co复合涂层和该复合涂层中添加Al粉三种表面改性工艺进行了研究，并且比较了原始镁合金和表面改性层分别在微观组织、物相组成、显微硬度以及电化学腐蚀等方面的性能。 首先，对AZ91D镁合金进行了激光熔凝处理，激光熔凝层呈月牙状，晶粒较基体明显减小而且只由α-Mg和β-Mg17Al12两相组成，熔凝层没有裂纹、气孔等缺陷，与基体形成良好的结合。在细晶强化和沉淀强化等的综合作用下，激光熔凝层的显微硬度以及耐腐蚀性都得到明显的提高。 考虑到作为硬质陶瓷颗粒的Al2O3拥有一系列优良的性质,例如高硬度、高稳定性和低密度,并且在激光熔覆层中的Al2O3是强化相；WC颗粒具有高的硬度和耐腐蚀性，在激光作用下分解为W和C，W碳化物随机均匀析出，起到很好的弥散强化和固溶强化作用；Co能够增强涂层的耐蚀性，本文在AZ91D镁合金表面激光熔覆了纳米Al2O3/WC/Co复合涂层，但只能添加少量的Co，因为Co会包裹在WC颗粒的表层,阻碍WC颗粒的分解。激光熔覆层形成了细小的树枝晶，靠近基体处为柱状晶，从熔覆层底部到表面，晶粒尺寸逐渐减小，没有明显的裂纹和气孔等缺陷。熔覆层的物相主要由Mg、Mg17Al12、Al2O3、W2C、WCCo组成，生成了新物质W2C。与原始AZ91D镁合金相比，激光熔覆层的显微硬度以及耐腐蚀性都得到了很大程度的提高，这是由于晶粒细化，固溶强化以及弥散强化等的综合作用，显微硬度提高了约10倍多，自腐蚀电位比基体提高了约255mV，腐蚀电流密度下降了约5150μA/cm2AZ91D和铸造镁合金AZ91D两种基体材料在激光熔覆纳米Al2O3/WC/Co复合涂层后，熔覆层在显微组织、显微硬度以及耐腐蚀性方面的不同，并从激光功率和扫描速度两个影响因素考虑，得出了两种材料适宜的激光工艺参数。 最后，考虑到Mg与Al的良好冶金结合性能，在上述涂层中添加了Al粉，即在AZ91D镁合金表面激光熔覆了纳米Al2O3/WC/Co-Al复合涂层，得到了与基体结合良好的没有明显裂纹和气孔的熔覆层，物相由Mg、Mg17Al12、Al2O3、W2C、WC、Co和Al3Mg2组成，生成了新物质W2C和镁铝金属间化合物Al3Mg2。激光熔覆层的显微硬度和耐腐蚀性较原始镁合金有了显著改善，这是由于晶粒细化，Al和Al3Mg2的硬度和耐腐蚀性较高。 关键词：AZ91D镁合金，激光表面改性，熔凝层，熔覆层，Al2O3/WC/Co复合涂层，Al2O3/WC/Co-Al复合涂层 RESEARCH ON THE STRUCTURE AND PERFORMANCE OF LASER MODIFIED SURFACE OF AZ91D MAGNESIUM ALLOY ABSTRACT In order to achieve the purpose to enhance the surface hardness and anti-corrosion ability of Magnesium alloy, this thesis uses CO2 laser with a maximum laser power of 5kw to conduct the laser melting and cladding process on the surface of Magnesium alloy. In the process of experience, the author respectively analyzes three surface modified crafts, that are the laser melting process, laser cladding nano-Al2O3/WC/Co composite coating and the Al powder added in the coating, and compares the original Magnesium alloy and the surface modified layer on the microstructure, phase composition, microhardness, electrochemical corrosion and other performances. First, the laser melting is conducted on AZ91D magnesium alloy. The