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镁合金由于密度小、比强度与比刚度高、良好的吸震减震特性、比弹性模量高等优异性能而被广泛应用于航天航空、军工、汽车、3C等领域,但其耐腐蚀性差限制了镁合金的发展。电弧喷涂技术是改善镁及镁合金表面耐蚀性的有效方法之一,本文利用电弧喷涂技术在AZ91D镁合金表面制备了三种不同含量的Al-Zn伪合金涂层。为了改善涂层与基体之间的结合强度,本文尝试通过固-液复合铸造的工艺使电弧喷涂Al-Zn伪合金涂层与AZ91D基体之间形成冶金结合的复合铸件,先在模具表面利用电弧喷涂技术喷涂一层Al-Zn伪合金涂层,然后将AZ91D镁合金熔液浇注到带有涂层的模具型腔,从而实现涂层与基体的结合。这种工艺不仅可以使AZ91D表面拥有一层耐腐蚀性的Al-Zn伪合金涂层,而且改变了传统电弧喷涂工艺中基体与涂层的机械结合方式,使镁合金基体与Al-Zn伪合金涂层之间形成冶金结合,在界面处形成Mg-Al-Zn金属间化合物,提高镁合金基体的耐蚀性。采用扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线衍射仪等分析了传统电弧喷涂Al-Zn伪合金涂层组织结构,以及Al-Zn/AZ91D固液复合涂层界面处组织的结构,并对涂层的耐蚀性能进行分析与研究。得到如下结论:(1)采用不同直径的Al丝和Zn丝在AZ91D镁合金表面电弧喷涂工艺沉积不同含量的Al-Zn伪合金涂层。在电弧喷涂之前,对AZ91D镁合金表面进行喷砂处理,表面粗糙度增加,电弧喷涂沉积Al-Zn伪合金涂层与AZ91D镁合金基体在界面处达到良好的机械锚合,Al-54Zn、Al-73Zn和Al-86Zn伪合金涂层与AZ91D界面结合处没有明显的空洞与裂缝,组织比较均匀。(2)通过控制电弧喷涂的工艺参数,得到的Al-54Zn、Al-73Zn和Al-86Zn伪合金涂层的孔隙率极低,分别为3.9%、1.5%、1.3%。随着Zn含量的增加,Al-Zn伪合金涂层的孔隙率降低,这是因为Zn的熔点低,在电弧热源作用下熔融的Zn有较好的填充性能,在凝固前叠加在已经沉积的涂层上。(3)对层状结构进行化学元素分析可知,Al-54Zn、Al-73Zn和Al-86Zn伪合金涂层由层状的富Al相和层状的富Zn相相互交替叠加组成的机械混合物。(4)在3.5%的NaCl溶液中的电化学性能测试结果表明,Al-54Zn、Al-73Zn和Al-86Zn三种伪合金涂层的自腐蚀电位均大于AZ91D镁合金基体,分别为-1.083V,-1.117V,-1.126V。随着Al-Zn伪合金涂层中Al含量的增加,涂层的耐蚀性也提高。(5)通过固-液复合铸造工艺成功制备了Al-54Zn/AZ91D和Al-73Zn/AZ91D复合铸件,该方法不仅使涂层与基体结合界面处形成了金属间化合物过渡层,有利于Al-Zn伪合金涂层与AZ91D镁合金基体的冶金结合,而且保持了涂层的耐蚀性等优点。(6)Al-54Zn/AZ91D固液复合界面由于Mg元素的扩散在界面处形成了三个区域的扩散层,靠近AZ91D基体的区域I主要是α-Mg+Mg17(Al,Zn)12+Φ-Mg21(Al,Zn)17;靠近Al-54Zn伪合金涂层的区域III主要是δ-Al+Al2Mg3Zn3;中间区域II是由单相组织τ-Mg32(Al,Zn)49组成。(7)Al-73Zn/AZ91D固液复合界面处基本整个扩散区域都是由α-Mg+Mg17(Al,Zn)12+Φ-Mg21(Al,Zn)17组成,在靠近涂层的边缘有数十微米的单相组织τ-Mg32(Al,Zn)49。(8)Al-54Zn/AZ91D和Al-73Zn/AZ91D界面扩散区域的显微硬度区域远远高于AZ91D镁基体和Al-54Zn和Al-73Zn伪合金涂层。Al-54Zn/AZ91D扩散区域I的组织与Al-73Zn/AZ91D的扩散组织基本组成相相同,但其硬度小于Al-73Zn/AZ91D的扩散组织的硬度,这是因为Al-54Zn/AZ91D扩散区域I中α-Mg固溶体的含量比较多。