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镁合金具有较高的比强度、比刚度、电磁屏蔽性及减震性等优点。在汽车、航天、军用设备、生物医学等领域应用广泛。然而,由于镁合金的化学活性较高,在空气中与氧气反应生成疏松的氧化膜,使镁合金的耐磨和耐腐蚀性能变差,严重制约了镁合金的应用。本文通过热浸镀的方法,在AZ91D镁合金表面获得纯锡及巴氏合金镀层,研究了纯锡与锡基巴氏合金的硬度、腐蚀性能;巴氏合金的截面、表面形貌,以及镀层的摩擦磨损性能和镀层的结合力,得到如下结论:
本文采用碱式碳酸镍为主盐的化学镀液,在镁合金表面获得了较薄的预镀层,该镀层不仅可以防止镁合金在空气中氧化,也可以防止镁合金在助镀过程中的腐蚀。助镀剂为NH4Cl和ZnCl2的水溶液,该助镀剂能够降低工件与镀液之间的表面张力,提高熔融镀液对基体表面的浸润能力。
通过XRD、SEM及EDS分析了,热处理后的铅基巴氏合金和锡基巴氏合金的截面和表面形貌,表明基体与镀层之间发生了界面扩散反应,表面硬质点几乎消失。镀层表面显微硬度试验表明,纯锡镀层的硬度随着热处理时间增加而提高,特别是保温2h的硬度明显高于1h的镀层硬度;巴氏合金镀层的硬度随着热处理时间的增加而降低。在划痕试验中镀层发生了严重的周边剥落现象,经过热处理后发生了轻微的周边剥落现象,说明热处理改善了镀层的界面结合力。在盐雾腐蚀试验中,镁合金基体在不到两个小时的时间内就发生了腐蚀;Ni(P)-Sn镀层与Ni(P)-babbitt镀层在72h后还未出现腐蚀现象,两种镀层表现出优良的耐腐蚀性能。
摩擦磨损试验中,铅基巴氏合金镀层随着加载量的增加,摩擦系数降低,但同时随着加载量的增加,镀层表现优良减摩特性的时间越来越短,从磨痕形貌可以看出磨面以犁沟磨损为主;热处理2h后的铅基巴氏合金镀层,不同载荷下摩擦系数变化不大,且各载荷下镀层的摩擦系数波动幅度较小,在磨面上散布着鳞片状碎屑,且镀层上有撕裂特征出现。锡基巴氏合金镀层随着热处理时间的增加,镀层表面的摩擦系数变化不大,但热处理时间越长,摩擦系数稳定性越好;磨痕形貌可以看出镀层未出现犁沟特征,磨面存在大量碎屑及微裂纹。不同状态下两种合金镀层的磨损率都在10-9m3·m-1·N-1级(AZ91D镁合金磨损率为10-6m3·m-1·N-1级),表明合金镀层具有很高的耐磨性能。
本文的研究结果表明,热处理对热浸镀层具有很好的改善作用,提高了界面结合力,细化晶粒,使摩擦系数变化趋于稳定。