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本课题结合AZ91D镁合金热处理工艺与微弧氧化工艺,主要探讨了半固态成形A291D镁合金热处理与微弧氧化的交互作用,以及金属型AZ91D镁合金的热处理。
相同微弧氧化工艺条件下,半固态AZ91D镁合金不同热处理状态微弧氧化膜的表面形貌、成分、相组成保持不变。A291D镁合金微弧氧化是不断向外喷射沉积逐渐生长的过程,膜层表面喷射空洞和沉积物颗粒逐渐粗大化,同时积聚各种内应力并萌生裂纹。半固态成形A291D镁合金经固溶处理后形成单相过饱和固溶体,合金元素得以均匀分布,减小了微弧氧化反应选择性成膜的不均匀性,使得微弧氧化能迅速成膜并长大,且其成膜速率始终大于半固态基体。随着反应的进行,微弧氧化膜厚度逐渐增加,膜层表面喷射孔洞和喷射沉积物粗大化,导致膜层表面粗糙度的增大。相同厚度情况下,固溶态基体表面膜层的粗糙度始终小于半固态基体表面膜层。微弧氧化膜层经过时效处理后,不仅使原有微裂纹的有所扩展,还萌生了少量新裂纹,但仍少于半固态基体膜层表面的微裂纹。
微弧氧化过程中,基体表层的合金元素参与了反应,导致基体表层合金元素浓度减少以及各合金元素百分含量的变化。由于Al元素在合金中扩散速率很小,参加微弧氧化反应的Al元素比Mg元素少的多,最终导致膜层附近基体Al/Mg偏高。另外,微弧氧化还伴随着一个Si元素往镁合金基体内部渗透的过程。
随着固溶处理时间的延长,金属型A291D镁合金中的β相逐渐分解并溶入α相中,固溶处理5h后,β相完全分解:继续延长固溶处理时间,金属型A291D镁合金中的合金元素在扩散机制的作用下趋向均匀。在相同的时效处理条件下,经短时间固溶处理的金属型A291D镁合金其β相在树枝晶晶界处析出。固溶处理5h以后已看不到树枝晶枝干的存在;10h后其显微组织中的晶界处已没有明显的β相网状分布;继续延长固溶处理时间,晶粒逐渐长大。在固溶及时效处理后,拉伸断口通常表现为沿晶断裂,但在10h和24h两种工艺条件下呈现出晶粒被撕裂的特征并有韧窝出现,显著提高了合金的抗拉强度。