论文部分内容阅读
搅拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP)是一种新型细晶材料制备技术,其对铸造镁合金力学性能提升效果明显,而对变形镁合金的力学性能提升有限。有研究发现FSP和时效热处理双联工艺可实现对镁合金组织尤其是第二相的调控,进而影响镁合金的力学性能,然而组织特征及力学性能的关联性研究不够深入。同时,镁合金的工程化应用过程中除了需要具备优异的力学性能外还需要具备良好的耐蚀性。关于FSP镁合金腐蚀性能的研究仅仅局限于单一腐蚀行为评价,缺乏各种腐蚀行为的综合评价,尤其缺乏FSP镁合金应力腐蚀开裂(Stress corrosion cracking,SCC)行为研究。因此本文利用FSP、FSP和时效热处理双联工艺及微弧氧化(Micro-arc oxidation,MAO)和微弧电泳复合涂装(Micro-arc oxidation electrophoresis composite coat,MAOE)对AZ80镁合金进行表面改性,分析了FSP、FSP和时效热处理双联工艺及MAO、MAOE对镁合金力学性能、静态腐蚀及SCC行为的影响。本文主要研究内容和结论如下:利用FSP和时效热处理对镁合金进行微观结构改性,分析了晶粒细化机制、织构演变机制及时效析出行为。结果表明,FSP过程中的动态再结晶导致镁合金晶粒细化,搅拌区获得晶粒尺寸分别为2.7、5.6、12.6μm的细晶组织;FSP过程中由于轴肩压应力和搅拌针剪应力作用,导致晶粒c轴发生偏转,不同加工参数和工作介质下的FSP试样具有相似的织构组分,c轴与横向(Transverse direction,TD)和加工方向(Processing direction,PD)的夹角分别约为55°和25°;FSP和时效热处理双联工艺对镁合金的晶粒尺寸和晶粒取向影响较小,但会影响β相的含量和形貌。母材(Base metal,BM)、FSP镁合金和时效FSP镁合金室温力学性能研究表明:晶粒细化使得FSP镁合金的显微硬度和拉伸强度提高;晶粒c轴的偏转使得镁合金的力学性能具有各向异性,PD方向的织构软化作用使得拉伸强度低于TD方向;FSP和时效热处理双联工艺提高了镁合金的拉伸强度,和母相相比FSP+180℃-24h试样的屈服强度、抗拉强度和断面伸长率分别提高了6%、4%和15%。3.5 wt%NaCl溶液中的电化学腐蚀、浸泡失重及析氢行为研究表明:FSP导致的晶粒细化提高了镁合金的耐蚀性;β相对静态腐蚀行为的影响具有两面性;β相含量较少时(FSP+180℃-5h,8.09 wt%),β相和α-Mg基体构成原电池而降低镁合金耐蚀性;β相含量较多时(FSP+180℃-24h,21.84 wt%),β相发挥腐蚀阻挡作用,并利于形成富铝膜层,提高镁合金耐蚀性。BM、FSP镁合金和时效FSP镁合金3.5 wt%NaCl溶液中的SCC行为研究表明:FSP导致的晶粒细化延缓SCC裂纹的萌生和阻碍SCC裂纹扩展,降低了SCC敏感性;FSP镁合金的SCC敏感性具有方向性,TD方向的织构强化效应延缓了点蚀的形成,导致TD方向的SCC敏感性低于PD方向;含量较多β相(FSP+180℃-24h)延缓SCC裂纹的萌生,降低SCC敏感性;SCC行为受阳极溶解控制,氢加速SCC的发生。对BM及FSP镁合金进行MAO和MAOE表面处理,并研究了其电化学腐蚀和SCC行为。MAO膜层对腐蚀介质的阻挡作用导致镁合金耐蚀性提高;MAOE膜层由于自身特殊的化学组成和物理结构,对腐蚀介质的阻挡作用更优,耐蚀性更好;FSP-MAO试样由于具有更厚、更致密的MAO膜层,且其基体本身比BM更耐蚀,因此具有比BM-MAO试样更优的耐蚀性;慢应变速率拉伸初期MAO和MAOE膜层对腐蚀介质的阻挡作用,可延缓点蚀的发生,从而降低SCC敏感性。