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【教授品镁(153)】镁合金工件的激光表面处理
发布日期:2021-06-22  来源:中国有色金属报  浏览次数:2423
核心提示:金属材料的激光表面处理是一项新技术,其主要优点:对基体金属的热影响小,易于实现自动化与智能化,若采用高能量激光时,可以控
 金属材料的激光表面处理是一项新技术,其主要优点:对基体金属的热影响小,易于实现自动化与智能化,若采用高能量激光时,可以控制温度,不需要真空等苛刻环境。除具有离子注入的优点外,还能处理复杂形状的表面,深度可达几微米,比离子注入的深;激光退火可使金属表面形成亚稳结构固溶体。脉冲激光可在ns时间内产生高达1010℃/s的冷却速度,是高速凝固的另一种形式,只不过仅是表面的熔化与凝固,而内部仍保持原来状态。
采用激光处理AZ91C镁合金表面,获得了含有Al、Cr、Fe、Cu、Ni的厚100nm的薄层,研究了它在含有0.1%NaCl的硼酸、硼酸盐溶液中的抗蚀性。研究表明,涂Al的激光表面改性层使击穿电压正移了约100mV,含有其它元素的改性层的抗蚀性也有不同程度的提高,即使含有在平衡状态下对镁合金抗蚀性严重不利的Cu、Fe、Ni等的材料,经激光处理后,击穿电压也有不小升高,这都是因为表面产生了非晶态混合氧化物。
有研究显示,在AZ9IC镁合金表面上激光溅射锌涂层后,会改变击穿电位,因为改变了表面层的Mg、Zn含量,而用低脉冲处理,则会降低Mg含量,增大Zn含量,抗蚀性上升。
若在纯镁上激光熔敷一层Mg25 Al75合金,则表面改性层的腐蚀电位正移了约0.7V,腐蚀速度下降两个数量级,极化阻力上升4个数量级,钝化区间明显加大。在SiC增强ZK60合金复合材料上激光表面熔敷Al-Si合金后,熔敷层与基体结合良好;增大激光扫描速度,界面中出现未熔层;增大激光能量,熔敷层表面粗糙度明显上升,熔敷层内的气孔和裂纹也越多,同时,由于Mg在Al-Si合金中的扩散速度快,熔敷层中出现了Mg2Si,即Mg已从基体扩散到熔敷层内,对复合材料抗蚀性有较大增强,熔敷表层的腐蚀电流密度至少比未经处理试样的低两个数量级,因为,激光处理的表面层具有明显细化的显微组织。
在ZK60/SiC复合材料表面熔敷不锈钢的研究发现,因二者熔点相差过大,激光处理的高速冷却使接合面未熔合,而界面又氧化严重,所以,不能直接熔敷不锈钢,不过也有好的解决办法,在镁合金和不锈钢之间置以纯Cu或Cu合金构成中间层就可以圆满地解决此问题。激光处理后发现,熔敷层与基体发生了冶金接合,镁合金与铜合金也实现了冶金接合。腐蚀试验结果显示,激光麦面处理大大提高了镁合金的抗蚀性:腐蚀电位比未处理试样的高1090mV,比表面喷射涂层试样的高820mV,而抗蚀性也比表面熔敷Al-Si合金的更好。然而,在表面腐蚀形貌图中发现,激光处理试样表面发生了大量的晶间腐蚀,即Cu导致了不锈钢的晶间腐蚀。
在研究表面激光熔敷Cu60Zn40合金层的Mg/SiC材料时,发现熔敷层与基体结合紧密,熔敷层交界面上存在Mg、Si、Cu、Zn的交互扩散。且Mg的扩散距离远大于Cu、Zn原子的扩散。同时,腐蚀试验揭示,激光熔敷试样的腐蚀电位仅为未处理试样的1/22。可见,激光熔敷4-6黄铜可以大大提高复合材料的抗蚀性。不过,激光熔敷试样的相对腐蚀电动势却比表面喷涂试样的还低。因为处理时,基体元素与熔敷金属的相互扩散,熔敷层内有SiC化合物,降低了熔敷层的抗蚀性。
除了激光表面熔敷合金层外,还可以用激光重熔技术提高镁合金的抗蚀性。以激光熔化AZ31B合金表面的试验发现,表面为粗糙波纹状,其显微硬度虽比基体的低,但抗蚀性却明显提高。不过,激光重熔表面并没有提高镁合金的抗蚀性,而且在高的能量输入时,还会使抗蚀性下降。
虽然镁合金的激光表面改性技术延长了工件的使用期限,但此种处理还存在一些问题有待改进:如何提高重熔层的硬度,熔敷层组织的均匀化,熔敷材料及工艺的优化等。
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