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AZ91D镁合金耐磨性及其表面微弧氧化膜的制备与性能研究

作　者: 李炳
导　师: 马颖；陈体军
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: AZ91D镁合金触变成形磨损率摩擦系数磨损机制微弧氧化膜电流密度力学性能
分类号: TG115.58;TG174.451
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 384次
引　用: 3次
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内容摘要

镁合金因其低密度、高比强度和好的机加工性能，是目前在航空和汽车工业领域具有巨大的潜在应用的结构材料。AZ91D镁合金作为一种商用镁合金，在强度、延展性、抗疲劳、抗蠕变、耐蚀耐磨性方面正面临着巨大的挑战。本文首先研究了触变成形（thixoforming（TF））过程中模具温度、坯料加热温度和加热时间对触变成形AZ91D镁合金滑动摩擦磨损性能的影响。结果表明，随着模具温度的升高，合金的磨损率逐渐升高；随着坯料加热温度的升高，合金的磨损率先降低后升高；随着坯料加热时间的增加，合金的磨损率逐渐升高。不同的触变成形工艺参数对AZ91D镁合金的摩擦系数影响不大。其次，在往复式滑动干摩擦条件下研究触变成形（thixoforming（TF））和金属型铸造（permanent mould casting（PMC））的AZ91D镁合金的摩擦磨损性能。与PMC相比，TF工艺可以提高AZ91D镁合金的耐磨性。随着滑动频率和载荷的增加，TF和PMC拥有类似的磨损机制的变化，从轻微磨损（氧化磨损和微切屑磨损）向严重磨损（塑性变形磨损和伴有粘着的塑性变形磨损）转变。磨损机制对摩擦系数的影响比对磨损率的影响大。第三，采用以Na₂SiO₃为主体电解液，对TF镁合金进行微弧氧化处理，研究了电流密度和反应时间对微弧氧化膜生长的影响，对不同反应时间下微弧氧化膜的形貌和硬度进行了讨论，对微弧氧化前后的TF镁合金进行了力学性能的比较。结果表明，随着电流密度的增大，微弧氧化膜生长速率加快，但是电流密度达到一定数值（5.0A／dm²）后，氧化膜生长速度减缓。随着反应时间的延长，微弧氧化膜厚度和硬度增加明显，但是达到一定反应时间（10min）后，氧化膜厚度增加缓慢，显微硬度开始下降。微弧氧化处理后，TF镁合金的抗拉强度和抗弯强度下降，而冲击韧性上升。最后，使用两种不同的对偶材料（GCr15和Si₃N₄）考察了微弧氧化膜的滑动摩擦磨损行为。对偶是Si₃N₄时微弧氧化膜的磨损率和摩擦系数比对偶是GCr15时的大。随着滑动频率增加，对偶为GCr15时，微弧氧化膜的磨损机制都表现为微切削磨损；对偶为Si₃N₄时，微弧氧化膜的磨损机制由严重的微切削磨损向微观断裂的疲劳磨损转变。随着载荷增加，两种对偶条件下，微弧氧化膜的磨损机制都表现为微切削磨损向多次塑性变形磨损转变。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第1章绪论  11-25
  1.1 镁及镁合金的特性  11
  1.2 镁合金成形工艺的进展  11-13
    1.2.1 压铸  12
    1.2.2 低压铸造和差压铸造  12
    1.2.3 消失模铸造  12
    1.2.4 半固态成形  12-13
  1.3 镁合金的表面处理现状  13-15
    1.3.1 化学处理  13-14
    1.3.2 金属镀层  14
    1.3.3 阳极氧化  14
    1.3.4 其他方法  14-15
  1.4 微弧氧化技术  15-22
    1.4.1 微弧氧化技术的发展与现状  15-16
    1.4.2 微弧氧化技术的基本原理与制备方法  16-18
      1.4.2.1 微弧氧化技术的基本原理  16-17
      1.4.2.2 微弧氧化膜的制备方法  17-18
    1.4.3 影响微弧氧化膜制备的因素  18-20
      1.4.3.1 电解液的影响  18-19
      1.4.3.2 电参数的影响  19-20
    1.4.4 微弧氧化膜的结构与性能表征  20-22
      1.4.4.1 微弧氧化膜的结构  20
      1.4.4.2 微弧氧化膜的性能表征  20-22
  1.5 镁合金摩擦磨损性能的研究现状  22-23
  1.6 本论文研究的目的及主要内容  23-25
第2章不同触变成形工艺参数下AZ91D镁合金组织与滑动摩擦磨损性能  25-34
  2.1 引言  25
  2.2 试验部分  25-27
    2.2.1 试验材料  25
    2.2.2 触变成形试样的制备  25-26
      2.2.2.1 合金熔炼过程  25-26
      2.2.2.2 触变成形过程  26
    2.2.3 摩擦磨损及其相关试验  26-27
  2.3 结果与讨论  27-32
    2.3.1 触变成形工艺参数对AZ91D镁合金显微组织的影响  27-29
      2.3.1.1 模具温度对组织的影响  27
      2.3.1.2 坯料加热温度对组织的影响  27
      2.3.1.3 坯料加热时间对组织的影响  27-29
    2.3.2 触变成形工艺参数对AZ91D镁合金硬度的影响  29-30
      2.3.2.1 模具温度对硬度的影响  29
      2.3.2.2 坯料加热温度对硬度的影响  29-30
      2.3.2.3 坯料加热时间对硬度的影响  30
    2.3.3 触变成形工艺参数对AZ91D合金滑动磨损性能的影响  30-32
      2.3.3.1 触变成形工艺参数对AZ91D合金滑动摩擦系数的影响  30
      2.3.3.2 触变成形工艺参数对AZ91D合金磨损率的影响  30-32
      2.3.3.3 触变成形AZ91D合金的磨痕形貌  32
  2.4 本章小结  32-34
第3章触变成形与金属型铸造AZ91D镁合金滑动摩擦磨损性能对比  34-44
  3.1 引言  34
  3.2 试验部分  34-35
    3.2.1 试样的制备  34
    3.2.2 摩擦磨损及其相关试验  34-35
  3.3 结果与讨论  35-43
    3.3.1 两种成形工艺的AZ91D镁合金的微观组织  35-36
    3.3.2 滑动频率对AZ91D镁合金滑动摩擦磨损性能的影响  36-39
    3.3.3 载荷对AZ91D镁合金滑动摩擦磨损性能的影响  39-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章触变成形AZ91D镁合金表面微弧氧化膜的制备工艺及其性能表征  44-55
  4.1 引言  44
  4.2 试验部分  44-46
    4.2.1 试验材料与微弧氧化设备  44-45
    4.2.2 试验基本操作步骤  45
    4.2.3 微弧氧化膜的性能测试  45-46
  4.3 结果与讨论  46-54
    4.3.1 电参数和反应时间对微弧氧化膜生长的影响  46-48
      4.3.1.1 电流密度对微弧氧化膜生长的影响  46-47
      4.3.1.2 正电流密度对微弧氧化膜生长的影响  47
      4.3.1.3 负电流密度对微弧氧化膜生长的影响  47-48
      4.3.1.4 反应时间对微弧氧化膜生长的影响  48
    4.3.2 不同反应时间下微弧氧化膜的形貌分析  48-49
    4.3.3 不同反应时间下微弧氧化膜的显微硬度  49-51
    4.3.4 微弧氧化前后TF镁合金的力学性能比较  51-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章触变成形AZ91D镁合金表面微弧氧化膜的滑动磨损性能的研究  55-67
  5.1 引言  55
  5.2 试验部分  55-56
    5.2.1 微弧氧化处理  55
    5.2.2 微弧氧化膜的性能测试  55
    5.2.3 微弧氧化膜的摩擦磨损试验  55-56
  5.3 结果与讨论  56-66
    5.3.1 微弧氧化膜的性能分析  56-59
      5.3.1.1 微弧氧化膜的厚度  56
      5.3.1.2 微弧氧化膜的形貌  56-57
      4.3.1.3 微弧氧化膜的相组成  57-58
      5.3.1.4 微弧氧化膜的硬度与结合强度  58-59
    5.3.2 滑动频率对微弧氧化膜的滑动摩擦磨损性能的影响  59-62
    5.3.3 载荷对微弧氧化膜的滑动磨损性能的影响  62-65
    5.3.4 TF镁合金微弧氧化前后耐磨性比较  65-66
  5.4 本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-75
致谢  75-76
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文  76

AZ91D镁合金耐磨性及其表面微弧氧化膜的制备与性能研究

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