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离子注入AZ31镁合金的抗腐蚀和力学性能研究

作　者: 孟春蕾
导　师: 刘洪喜
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 离子注入 AZ31镁合金耐蚀耐磨性能显微硬度
分类号: TG174.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

利用金属蒸汽真空弧(MEVVA)离子源对不同状态AZ31镁合金表面进行了N、Ti、Cr、Al单离子和N+Ti、N+Cr、N+A1双离子注入。通过俄歇电子能谱(AES)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学测试系统、显微硬度计和摩擦磨损试验机,分析比较了改性前后AZ31镁合金表面的相结构、耐蚀和力学性能随注入离子种类、注入能量及基体状态不同而变化的规律。XRD、EDAXP和AES的研究结果表明：AZ31镁合金试样经离子注入,表面的相结构随注入离子种类、注入能量和基体状态的不同而不同。经离子注入后试样表面会形成一定厚度的改性层,并且表面晶粒尺寸增大,相同相的最大衍射峰峰位和半峰宽发生改变,相同的离子注入不同状态基体,改性层中相的类型相同。基体经N+Ti双离子注入后,表面改性层厚约180nm,由Mg、MgO、Mg3N2、Ti、TiO、Ti02、TiN相组成。电化学测试分析表明：所有经离子注入处理后试样的表面的耐腐蚀性能均得到了提高,且耐腐蚀性能提高的程度随注入离子种类、注入能量和基体状态的不同而不同。与基体相比,AZ31镁合金经4h退火处理后,表面的耐蚀性只有小幅度提高,且相同种类离子注入退火试样表面的耐蚀性与注入未退火合金试样相比皆有提高,但增加退火时间对进一步提高试样表面耐蚀性的影响不大。本实验所有试样,与基体相比较,具有注入离子为N+Ti,注入能量45keV, N、Ti离子束流强度分别为2.5mA.cm-2,离子注入时间2h,注入基体未退火的处理参数的试样腐蚀电位提高约577mV,腐蚀电流密度下降约110μA·cm-2,极化电阻增加69.27倍,耐腐蚀性能最好。AZ31镁合金经离子注入后,表面显微硬度明显增加。且硬度提高程度随注入离子种类、注入能量和基体状态不同而不同。AZ31镁合金经4h均匀退火后,显微硬度有所下降。AZ31镁合金经退火+离子注入,其显微硬度比基体有明显提高,但相同种类离子注入退火后镁合金试样的显微硬度随退火时间延长而下降。相同退火时间的基体上分别注入不同离子,其显微硬度变化趋势与在未经退火基体上注入离子的试样显微硬度变化趋势相似。本实验所有试样中Ti离子注入未退火基体试样的显微硬度增加最大,约64%。AZ31镁合金经离子注入后,试样表面的耐磨性均有增加。与镁合金基体相比,均匀退火4h处理的试样表面耐磨性亦增强。相同离子注入退火基体耐磨性与注入未退火基体相比增强。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-16
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 镁合金的腐蚀  11
  1.3 镁合金的表面改性  11-13
  1.4 镁合金的离子注入  13-15
    1.4.1 离子注入基本原理及特点  13-14
    1.4.2 镁合金的离子注入研究  14-15
  1.5 研究目的和内容  15-16
    1.5.1 研究目的  15
    1.5.2 研究内容  15-16
第二章实验材料与实验方案  16-20
  2.1 实验材料  16
  2.2 实验方案  16-18
  2.3 性能表征  18-19
    2.3.1 表面观察和成分分析  18
    2.3.2 X射线衍射表征(XRD)  18
    2.3.3 俄歇电子能谱(AES)  18
    2.3.4 电化学腐蚀试验  18-19
    2.3.5 硬度测试  19
    2.3.6 摩擦磨损测试  19
  2.4 本章小结  19-20
第三章离子注入试样的表面结构  20-31
  3.1 表面改性层相结构  20-27
    3.1.1 氮、钛及其双离子共注入未退火基体的XRD分析  20-22
    3.1.2 氮、铬及其双离子共注入未退火基体的XRD分析  22-23
    3.1.3 氮、铝及其双离子共注入未退火基体的XRD分析  23-24
    3.1.4 氮、铝及其双离子共注入退火基体的XRD分析  24-25
    3.1.5 相同离子注入不同状态基体XRD分析  25-27
  3.2 氮+钛双离子共注入未退火基体改性层的SEM和EDX分析  27-28
  3.3 氮+钛双离子共注入未退火基体改性层的AES分析  28-30
  3.4 本章小结  30-31
第四章离子注入试样的耐蚀性能  31-50
  4.1 不同离子注入未退火AZ31镁合金的腐蚀特征  31-41
    4.1.1 氮离子注入未退火AZ31镁合金的腐蚀  31-33
    4.1.2 氮+钛离子注入未退火AZ31镁合金的腐蚀  33-35
    4.1.3 氮、钛及其双离子共注入未退火AZ31镁合金的腐蚀  35-36
    4.1.4 氮+铬离子注入未退火AZ31镁合金基体的腐蚀  36-38
    4.1.5 氮、铬及其双离子共注入未退火AZ31镁合金基体的腐蚀  38-39
    4.1.6 氮、铝及其双离子共注入未退火AZ31镁合金基体的腐蚀  39-41
  4.2 不同离子注入退火AZ31镁合金的腐蚀特征  41-48
    4.2.1 基体与退火4小时基体腐蚀曲线比较  41-42
    4.2.2 氮离子注入退火AZ31镁合金不同状态基体的腐蚀  42-44
    4.2.3 铝离子注入退火AZ31镁合金不同状态基体的腐蚀  44-45
    4.2.4 氮+铝离子注入退火AZ31镁合金不同状态基体的腐蚀  45-47
    4.2.5 不同离子注入相同状态AZ31镁合金基体的腐蚀  47-48
  4.3 本章小结  48-50
第五章离子注入试样的力学性能  50-59
  5.1 显微硬度分析  50-53
    5.1.1 不同离子注入未退火AZ31镁合金显微硬度  50-52
    5.1.2 不同离子注入退火AZ31镁合金显微硬度  52-53
  5.2 耐磨性能分析  53-57
  5.3 本章小结  57-59
第六章结论与展望  59-61
  6.1 结论  59-60
  6.2 展望  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-66
附录A 攻读硕士学位期间发表的论文情况  66

离子注入AZ31镁合金的抗腐蚀和力学性能研究

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