鎂合金激光沖擊植入納米SiC顆粒工藝與性能研究.pdf

1、鎂合金由于其比重輕、比強度高等特點而被廣泛應用于航空航天、汽車、電子等制造領(lǐng)域，但是其表面強度和硬度較低、耐磨性能較差，嚴重阻礙了其工程應用，提高輕合金表面性能成為結(jié)構(gòu)件制造中的關(guān)鍵問題之一。納米顆粒材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能而被廣泛應用于材料涂層的制備。激光沖擊強化技術(shù)作為一種新型表面處理技術(shù)，具有高壓、高能、超快、超高應變率等顯著特點，其產(chǎn)生的強沖擊波可以作為粒子植入的能量。結(jié)合上述特點，本文利用激光沖擊強化技術(shù)將納米碳化硅顆

2、粒植入AM50鎂合金表面，研究和分析植入后金屬表面與截面顯微硬度以及摩擦磨損性能，并利用ABAQUS有限元軟件模擬分析激光沖擊植入納米顆粒的動態(tài)運動以及二次沖擊納米顆粒間能量傳遞和運動過程，獲得了如下結(jié)論和主要研究進展：
　　(1)表征鎂合金激光沖擊植入納米顆粒后的表面與截面形貌，獲得納米顆粒尺寸對顆粒含量的影響規(guī)律；
　　采用12 J單脈沖激光能量沖擊植入尺寸分別為60 nm、100 nm、200 nm的碳化硅顆粒，并觀察

3、沖擊后表面及截面形貌。結(jié)果表明，激光沖擊強化技術(shù)能夠有效植入納米碳化硅顆粒并對納米顆粒的團聚現(xiàn)象起到一定的分散作用。激光沖擊植入不同尺寸的納米碳化硅顆粒時，植入60 nm碳化硅顆粒的基體表層單位面積納米顆粒的含量較多，但激光沖擊植入100 nm和200 nm的碳化硅顆粒時，激光沖擊使得納米碳化硅顆粒具有更好的分散性，顆粒分布更加均勻，團聚現(xiàn)象更少。
　　(2)研究激光沖擊植入納米顆粒后基體的顯微硬度和摩擦磨損性能，并解釋激光沖擊S

4、iC納米顆粒植入后鎂合金抗磨損性能提高的作用機制；
　　激光沖擊植入納米顆粒的基體表面顯微硬度為91.7 HV，相對于原始試樣提高了39.2％，相對于單純激光沖擊基體提高了21.1%；激光沖擊植入納米碳化硅顆粒試樣組的摩擦系數(shù)低于激光沖擊組和原始試樣組；激光沖擊植入納米顆粒過程中，激光沖擊波在基體表面不僅誘導產(chǎn)生了殘余壓應力，同時細化基體表層晶粒，而且硬質(zhì)相SiC顆粒在激光沖擊作用下被植入基體表層，植入納米顆粒的試樣磨損量體積約為

5、12.85×10-3 mm3，僅為原始基體磨損體積的13.9%，說明激光沖擊植入納米顆粒能夠有效提高基體的顯微硬度和耐磨損性能。
　　(3)模擬分析鎂合金激光沖擊植入SiC納米顆粒的動態(tài)運動過程，推導SiC納米顆粒激光沖擊植入深度表達式。
　　在激光沖擊植入納米顆粒動態(tài)運動過程中，納米顆粒運動分散，并隨著時間的增加形成增強相表面形貌；隨著激光沖擊脈沖能量的增加，納米顆粒深度增加，并伴隨更大的塑性變形；二次沖擊增加納米顆粒植入