AZ31镁合金材料金属离子注入表面改性研究

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镁合金具有许多优异的性能,因而被广泛应用于现代工业中。但是镁合金硬度较低摩擦磨损性能不是很好,尤其是耐腐蚀性能较差,在许多情况下无法满足既耐磨又耐蚀的复合性能要求。  本文应用金属离子注入技术(MEVVA)对AZ31镁合金基体表面进行改性,主要目的是提高综合的机械性能如硬度、摩擦磨损性能,尤其是要提高其耐腐蚀性能。应用金属离子注入技术在镁合金表面注入了五种不同的金属Ti、Al、Zn、Cu和不锈钢,得到了几种金属离子注入的改性层。并且还讨论了不同的注入剂量对改性层的形貌、成分和性能的影响。  利用X射线衍射仪(XRD)对改性层的化学组成和结构进行了检测。为了测量改性层的元素含量,应用X射线光电子能谱(XPS)分析了改性层界面形态和元素的浓度-深度分布。应用能量弥散X射线探测器(EDX)分析了在注Zn改性层表面的平面-浓度分布。应用维氏硬度计、多功能摩擦磨损试验机和电化学腐蚀试验装置对改性层显微硬度及其在试验环境下摩擦磨损性能和抗腐蚀性能进行了测试和研究。考察了注入金属种类和注入剂量对改性层的化学组成和性能的影响。  结果表明,注入Ti、Zn离子,可使注入后的镁合金表面的显微硬度得到较大提高。注Ti在注入剂量较大的情况下,可以有效降低表面改性层的摩擦系数;注入Zn的剂量较大时虽然对降低摩擦系数没有作用,但是可以使改性层具有较好的摩擦磨损性能。此外,注入Al和Zn在合适的剂量下,可以大幅度提高改性层的耐腐蚀性能。因此,选用适当的注入金属和注入剂量来实现改性层性能最优化是必要的。
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