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半固态成形AZ91D镁合金表面纳米化技术研究

作　者: 康燕平
导　师: 李元东
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 半固态成形金属型 AZ91D镁合金显微组织显微硬度表面纳米化
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在服役环境下，材料的疲劳、腐蚀、磨损对其表面结构和性能极其敏感，表面机械研磨处理(Surface Mechanical Attrition Treatmen, SMAT)技术不仅可以在材料表面制备出无污染、无缺陷及体致密的纳米结构层，而且避免了纳米层与基体的结合界面。利用SMAT对金属型和半固态成形 AZ91D镁合金进行了表面纳米化处理，通过OM、XRD、CHI600C电化学工作站、HX-1000TM显微硬度计分析了喷丸效果与喷丸时间、距离和弹丸直径、含量各参数之间的关系，以及固溶处理对喷丸效果的影响。实验结果表明，SMAT可在半固态成形AZ91D镁合金表面得到一定深度的剧烈塑性变形层，表层晶粒尺寸达到了纳米级，并从最表面到基体形成了一个梯度结构。随喷丸时间的延长，剧烈变形层的厚度逐渐增大，到120min后趋于稳定；随喷丸距离的增大，喷丸相同时间(120min)后剧烈变形层的厚度呈先增大后减小的趋势，喷丸距离为13mm时最大。剧烈变形层的厚度随弹丸直径的增大而先增大后减小，弹丸直径为8mm时最大约为53μm；弹丸含量也有相似的变化趋势，弹丸含量为100%时最大，最表层的纳米晶达到20nm左右。对不同工艺参数SMAT后试样的组织观察和性能测试得到以下结论：1. SMAT只改变了半固态成形AZ91D镁合金的二次凝固组织，对初生α相的颗粒组织几乎没有影响。2.半固态成形和金属型AZ91D镁合金经完全固溶处理再进行SAMT后，试样的表层塑性变形区域变得更显著；沿试样厚度方向，组织呈梯度变化；金属型SMAT试样最表层变形层厚度大约有40μm，半固态成形SMAT试样最表层变形层厚度大约有50~60μm。3.部分固溶和完全固溶处理使半固态成形AZ91D镁合金SAMT试样表面显微硬度略有降低，而对金属型AZ91D镁合金的影响不大。4. AZ91D镁合金经SMAT后表面硬度明显提高，沿厚度方向逐渐减小至基体硬度；采用不同工艺参数，试样的表面硬度的提高幅度不同；半固态成形镁合金在最佳工艺参数下，硬度提高了36.7Hv，金属型的提高了49.34Hv。5.在3.5wt% NaCl水溶液中，对于半固态成形AZ91D镁合金SMAT试样，耐蚀性除弹丸含量为80%外都有不同程度的降低；对于金属型AZ91D镁合金SMAT试样，只有弹丸直径为10mm的耐蚀性提高了。6.半固态成形AZ91D镁合金在300℃退火处理2h后，试样表面晶粒尺寸和硬度都有良好的稳定性。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
插图索引  10-12
附表索引  12-13
第1章绪论  13-26
  1.1 纳米材料及其制备  13-15
    1.1.1 纳米材料的简介  13
    1.1.2 纳米材料的结构  13-14
    1.1.3 纳米材料制备  14-15
  1.2 表面纳米化的基本原理与制备方法  15-17
    1.2.1 表面涂层或沉积  15-16
    1.2.2 表面自纳米化  16
    1.2.3 混合纳米化  16-17
  1.3 表面自纳米化的常用研究方法  17-19
  1.4 表面纳米化金属材料性能的改变  19-23
    1.4.1 整体性能  19-20
    1.4.2 表面性能  20-22
    1.4.3 化学性能  22-23
  1.5 镁及镁合金表面纳米化  23-25
    1.5.1 镁及镁合金塑性变形的结构特征  23-24
    1.5.2 镁及镁合金表面纳米化的意义  24-25
  1.6 本文的研究目的、意义及内容  25-26
第2章实验材料及方法  26-29
  2.1 实验材料和方法  26-27
    2.1.1 实验材料  26
    2.1.2 实验方法  26-27
  2.2 表面机械研磨处理后试样的结构和性能的表征方法  27-29
第3章表面机械研磨处理工艺参数对AZ91D 镁合金表面纳米化的影响  29-54
  3.1 喷丸距离与时间对AZ91D镁合金SMA 的影响  29-40
    3.1.1 喷丸距离与时间对金属型AZ91D镁合金SMAT 的影响  30-34
    3.1.2 喷丸距离与时间对半固态成形AZ91D镁合金SMAT 的影响  34-40
  3.2 弹丸直径与含量对AZ91D镁合金SMAT 的影响  40-49
    3.2.1 弹丸直径与含量对金属型AZ91D镁合金SMAT的影响  40-44
    3.2.2 弹丸直径与含量对半固态成形AZ91D镁合金SMAT的影响  44-49
  3.3 镁合金SMAT 晶粒细化机制  49-50
  3.4 固溶处理对AZ91D 镁合金表SMAT 的影响  50-53
    3.4.1 固溶处理对AZ91D 镁合金SMAT 显微组织的影响  50-52
    3.4.2 固溶处理对AZ91D 镁合金SMAT 显微硬度的影响  52-53
  3.5 本章小结  53-54
第4章表面机械研磨处理对AZ91D 镁合金性能的影响  54-64
  4.1 显微硬度  54-55
  4.2 腐蚀行为  55-59
  4.3 热稳定性  59-62
    4.3.1 SAMT 试样不同温度退火后的显微组织与XRD 分析  59-62
    4.3.2 SAMT 试样不同温度退火后的显微硬度  62
  4.4 本章小结  62-64
结论与展望  64-66
参考文献  66-71
致谢  71-72
附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文  72-73
附录B 半固态成形AZ91D 镁合金不同工艺参数SMAT 显微组织  73-76
附录C AZ91D 镁合金不同工艺参数SMAT 后试样表面层晶粒尺寸、变形层厚度及显微硬度  76-78

半固态成形AZ91D镁合金表面纳米化技术研究

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