电火花沉积ZA12涂层对AZ91D_A356液-固复合铸造界面的影响.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘 要 镁合金由于其密度小、比强度与比刚度高、良好的吸震特性等优点而广泛地 应用于各工业领域，但由于耐腐蚀性差，限制了发展。铝合金的强度和耐腐蚀性 比镁好，能够弥补镁合金性能上的不足。如果能够有效地实现 Mg/Al 合金复合界 面的结合，将进一步扩大应用范围。但是，由于 Mg/Al 合金直接结合，反应界面 上会生成硬脆的金属间化合物，导致接头处的结合强度较低。本课题将电火花表 面沉积技术与液- 固复合铸造工艺结合在一起，先在 A356 铝合金表面电火花沉积 ZA12 涂层，再浇注熔融镁合金制备AZ91D/A356 复合铸件。通过在界面处形成中 间合金层促进 AZ91D/A356 界面形成良好的冶金结合，提高双金属复合界面的结 合性能。本文通过对复合界面的组织结构、化学成分、显微硬度、剪切强度和断 口特征等进行分析，研究了电火花沉积ZA12 涂层对AZ91D/A356 异种双金属液- 固复合铸造的界面微观组织和力学性能的影响。主要得出以下结论： ① 在一定范围内，随着电压和频率的增加，涂层厚度增加，电压过低会导致 涂层沉积不均匀；当电压为50V，涂层内部夹杂氧化物较为明显，厚度明显下降。 占空比对涂层厚度的影响变化不大，但会明显影响涂层均匀平整性，随着占空比 增大，脉冲放电能量也随之增大，涂层的立体结构更加明显。沉积时间越长，涂 层也越厚，在热流的作用下，基体表面与电极的化学成分重新组合并逐渐趋于相 同。 ② 在电火花沉积过程中，随着工艺参数的变化，涂层中会出现孔洞、裂纹、 氧化夹杂等缺陷。Al、Zn 元素在高温下有所烧损和蒸发，Zn 元素的烧损比Al 元 素多。 ③ 显微组织研究表明，ZA12 涂层的组织与电极丝的组织不同，由原来的纤 维状组织转变为更加细化的近等轴组织，整个涂层厚度约为60~200µm，中间冶金 反应层厚度约为2~4µm ，涂层与A356 基体发生了冶金结合。 ④ 通过电火花沉积处理的 AZ91D/A356 液- 固复合界面主要由三个扩散反应 层组成，靠近AZ91D 基体的扩散反应Ⅰ主要含有α-Mg、Mg17Al12、Mg17(Al，Zn)12， 靠近A356 基体的扩散反应层Ⅲ主要含有Al Mg 、Mg Si，中间扩散反应层Ⅱ主要 3 2 2 含有Mg (Al，Zn) 、Al Mg Zn 。界面反应层Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的显微硬度分别可达到 32 49 5 11 4 175-195HV、223-235 HV 、195-206HV 。相对AZ91D 镁基体和A356 铝合金基体而 言，界面显微硬度明显提高，是因为界面形成了不同的金属间化合物。 I 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 ⑤ 通过电火花沉积后的AZ91D/A356 液-固复合界面处Mg 和Al 元素扩散能 力较强，可以从基体扩散到整个界面区域，而Zn 元素的扩散能力相对较弱，只存 在于扩散反应层Ⅰ、Ⅱ中。 ⑥ 通过电火花沉积后的 AZ91D/A356 液- 固复合界面的剪切强度可达到 69.2MPa 。断口分析表明，断面主要是呈河流状花样的脆性断裂特征，局部并伴随 着一定的塑性变形产生。 关键词：电火花，涂层，液- 固复合铸造，界面，显微组织 II 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 ABSTRACT Magnesium alloys are widely used in v