文献翻译-复合处理对镁合金耐磨性能的影响

毕业论文文献翻译院（系）名称工学院机械系专业名称材料成型及控制工程2012年3月20日复合处理对镁合金耐磨性能的影响摘要用多种处理方法如微弧氧化，磁控溅射，离子注入等将小型和同质复合膜层涂敷在AZ31镁合金的表面，以提高耐磨性性能和镁合金表面微弧氧化。X射线衍射（X射线衍射）和冶金显微镜以及扫描电子显微镜（扫描电镜）被用来确定涂层的相结构和磨损表面的相结构。复合膜层的干滑动磨损性能在WTM2E摩擦磨损试验机上进行测试。结果表明，微弧氧化陶瓷涂层的形成是不均匀的，并且在表面可以发现大量的孔洞。通过多样化处理技术一个均一的含氮化钛的复合膜层可以在镁合金表面上形成，并且层的孔隙度也减小了。多样化处理的试样在对抗钢的干滑动磨损性能上显示出良好的抗磨性能，磨损痕迹的宽度为2275767M，只是微弧氧化的66，此时的滑动距离达175米。关键词镁合金；微弧氧化；多样化处理；滑动磨损镁合金具有许多优越的性能，比如高比强度，高阻尼特性，优良的机械加工性能和抛光性能，无毒，无磁性，高的热导电性，以及易于回收。这些特性使镁合金在汽车，电脑，手机，精度仪器，国防和航空航天以及其他许多领域得到广泛的应用16。然而，化学稳定性差的镁合金在大多数介质中是不稳定的7,8。因此，表面处理技术可以是一个扩大镁合金应用的有效方法。许多表面处理如阳极氧化9，微弧氧化1012，化学转化膜13，单分子膜14，和超硬涂层（氮化铝/氮化钛）15,16等已被用来提高镁合金的耐磨损和耐腐蚀性能。结果表明，微弧氧化和金属渗氮是提高样品的耐磨性和耐腐蚀性的好方法，但表面性能较差。两种方法已被应用来提高AZ31镁合金耐磨损性能。一个是通过微弧氧化在镁合金表面形成陶瓷涂层。另一种是通过在试样表面扩散钛的微弧氧化处理技术形成含有氮化钛相结构的涂层，然后注入氮离子。1实验直径60MM、厚度5MM的AZ31镁合金盘（AL3040,ZN10,MN0208,其余的是MG）被选为基板。本基板被清洗，用碳化硅砂纸（200到2000）在抛光机上进行抛光，然后放在一个超声波ACETONEBATH中5分钟。微弧氧化处理是一种由交流电供电单元，不锈钢容器，一个搅拌和一个冷却系统组成。经过抛光和悬挂后对基板进行微弧氧化处理，然后清洗。在微弧氧化处理过程中，试样被放在溶解度为3060G/L的硅酸钠、溶解度为2040G/L氢氧化钠和含有一些添加剂的溶液中进行处理。当前和最终的电压和电流参数分别为2A和280V，工作时间为10分钟。多样化处理试验在MIB700离子束溅射设备上进行。钛元素经微弧氧化处理扩散到样品上，然后用离子注入法注入氮气形成一层氮化钛涂层。磁控溅射参数和离子注入进程参数分别在表1和表2中列出。D/MAXULTIMAIVXRAY衍射（X射线衍射）已被采用来分析试样的相结构。形态可以在JEOLJSM5610LV扫描电子显微镜（扫描电镜）上进行观察。WTM2E控制大气摩擦，摩擦磨损试验机用于研究干滑动磨损性能。摩擦加载50G、持续40分钟，直径28MM，还有直径为475MM的GCR15球被用作摩擦副的。在被磨损后，用奥林巴斯金相显微镜观察形态。2结果与讨论21表面显微结构通过微弧氧化处理的试样的形态如图1。很明显，在陶瓷涂层上有许多不同直径的孔洞，许多孔的直径只有几个微米。这是由复杂的微弧氧化过程所导致的，这也是具有多周期“成膜破损熔化烧结改膜”的亚单层的形成长大的过程。样品表面复杂的气孔是凹凸不平，使它容易在涂层上形成部分固缩孔。这就为微弧氧化形成了通道。涂层渐渐地变厚，在微弧氧化后期熔化的固体的形成是不均衡的，并且粗糙度较大。它在试样的耐磨性中发挥着重要作用，这一点可以在以后的实验中证明。此外，在涂层中有一些裂缝，这就是当涂层表面形成时通过微弧氧化与结论结合，由于熔融材料快速凝固引起的超载局部热应力的结果。通过多样化处理的试样的形态如图2。可以发现试样的表面性能优于微弧氧化。孔的数量和尺寸明显的减少了，大部分试样表面完全被涂层覆盖。大孔的尺寸大幅度减少，只有少数小直径孔在表面上，孔隙率较低。经过多样化处理后样品的形态已有显著改善。以上结果对改善耐磨损和耐腐蚀性能是非常重要的。22相结构通过微弧氧化处形成的X射线衍射模式涂层如图3A氧化物主要是由MGO和MG2SIO4组成，除了单一的衍射峰镁。MG2SIO4和MGO是由微弧氧化形成的主要主要陶瓷相结构。一方面镁的出现影响基板，另一方面在微弧氧化过程中镁被熔化并且被夹带到陶瓷涂层中。通过多样化处理的X射线衍射模式的样品如图3B。可以发现涂层经过多样化处理由MG2SIO4,MGO和TIN。钛的存在可以归因于磁控溅射形成的涂层的影响。镁不会随厚度的增加出现在涂层中，这表明表面覆盖是非常有用的。氮化钛的存在对提高机械和合金的力学性能有着重要作用，在提高耐磨性和化学稳定性上也有重要作用。这都非常有帮助于提高样品的耐磨性。23摩擦学性能镁合金基板的形态、滑动距离曲线、基底摩擦系数，经过微弧氧化后的试样和经过多样化处理后的试样与GR15钢对磨时的摩擦磨损的性能在图4分别绘制出。如图4A，未经处理的基板的摩擦系数逐渐从04减少到036038然后在摩擦初始阶段趋于稳定，达到滑动距离8M。这意味着在这种摩擦状况下基板的摩擦系数为037。结合图4D，可以发现，磨痕宽度约为993348M，由于摩擦，样品严重磨损。主要的磨损是磨粒磨损和粘着磨损，在样品和摩擦副之间的接触面的尺寸是非常小的，它们之间的压力高到足以引起塑性变形和“冷焊”的现象。焊点将被切为相对滑动的接触面，磨粒磨损和粘着磨损的现象就出现了。图4B表明，经过微弧氧化后试样的摩擦系数从02下降到016，然后增加至026，接着慢慢趋于稳定，在摩擦的初始阶段滑动距离达到5M。在图4E，在磨痕中可以发现一个微弱的划痕。粘着磨损的作用不太明显，磨痕的宽度是344116M，和未经处理的比较，耐磨性提高约28倍。3结论1）通过多样化处理可以在镁合金上形成具有低孔隙度和良好表面状态的表面改性层。密集的表面改性层对改善镁合金的耐蚀性有重要影响。2）当滑动距离达到175M，磨痕宽度是2275767M，这是经过微弧氧化后的试样的66。摩擦系数增加，但耐磨性提高。参考文献1FANYAJINB,PAULKETAL材料科学与工程J,2006,A4353461232LALEHM,SABOURROUHAGHDAMAETAL合金、化合物杂志J，2010,4965483GUOHF,ANMZ表面科学应用J，2005，2462294LIANGJUN,WANGPENGETAL材料科学与工程J，2007，A4544551645BAIALLEN,CHENZHIJIA表面与涂层技术J，2009，20319566ZHANGRF,SHANDYETAL材料物理与化学J，2008，1073567ZHANGRONGFA,SHANDAYONGETAL反有色金属系统J，2006，166858CHENFEI,ZHOUHAIETAL表面与涂层技术J，2007，20149059WANGXIMEI,ZHULIQUNETAL应用表面科学J，2009，255572110GUOHONGFEI,ANMAOZHONG薄固体薄膜J，2006，50018611GUOHONGFEI,ANMAOZHONGETAL薄固体薄膜J，2005，4855312GUOHF,ANMZETAL应用表面科学J,2006,25279111