激光沖擊強(qiáng)化AZ31鎂合金的腐蝕性能研究.pdf

1、在倡導(dǎo)節(jié)能降耗、綠色制造的今天，鎂合金作為一種輕量化材料在汽車、航空航天、計(jì)算機(jī)、電子通訊、國防軍事等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。但鎂合金作為機(jī)械構(gòu)件在潮濕環(huán)境中服役時(shí)，易產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕或應(yīng)力腐蝕，在潮濕空氣中承受靜載或交變載荷時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕或腐蝕疲勞斷裂，從而導(dǎo)致破壞性事故發(fā)生。鎂及鎂合金作為醫(yī)用材料，雖具有良好的生物相容性和可降解性，但過快的腐蝕速率卻限制了它的廣泛應(yīng)用。
　　激光沖擊強(qiáng)化是一種新型的高能短脈沖表面形變強(qiáng)化技術(shù)，在高壓沖

2、擊波作用下材料表層產(chǎn)生超高應(yīng)變速率的塑性變形，能有效改善材料的微觀組織，提高其力學(xué)性能、減少或延遲裂紋的形核和擴(kuò)展，提高材料的疲勞壽命、耐磨性和耐腐蝕性。
　　本文針對鎂合金存在耐腐蝕性較差的問題，以AZ31變形鎂合金為研究對象，開展了激光沖擊處理對鎂合金表面完整性、微觀組織演化、電化學(xué)特性、抗應(yīng)力腐蝕性和抗腐蝕疲勞性等研究工作，并取得了如下創(chuàng)新成果:
　　(1)提出了AZ31鎂合金激光沖擊強(qiáng)化的晶粒細(xì)化模型。開展了激光沖擊

3、強(qiáng)化AZ31鎂合金的表面完整性和微觀組織演化機(jī)理的研究。研究表明激光沖擊后晶粒明顯細(xì)化，其晶粒細(xì)化機(jī)制包括:在變形初期，由于基面、棱柱面和錐面三個(gè)位錯(cuò)滑移系相繼激活，此時(shí)塑性變形以位錯(cuò)滑移為主;當(dāng)位錯(cuò)滑移在晶界處受阻很難繼續(xù)滑移時(shí)出現(xiàn)平行孿晶，平行孿晶將晶粒細(xì)分為孿晶板條，位錯(cuò)不斷相互纏繞形成位錯(cuò)墻，高密度位錯(cuò)墻與孿晶相互交叉，將晶粒細(xì)分為多個(gè)亞晶，亞晶逐漸演變?yōu)榇蠼嵌染Ы?，最終實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化。
　　(2)發(fā)現(xiàn)了激光沖擊次數(shù)對AZ3

4、1鎂合金抗腐蝕性的影響規(guī)律。利用CHI660電化學(xué)工作站測定試樣在3.5％NaCl溶液中在不同時(shí)間下的塔菲爾極化曲線和電化學(xué)阻抗譜曲線。結(jié)果表明:激光沖擊可提高AZ31鎂合金的抗腐蝕性，但多次沖擊與一次沖擊效果相當(dāng)。
　　(3)獲得了激光沖擊強(qiáng)化AZ31鎂合金抗應(yīng)力腐蝕的演化規(guī)律。通過慢應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)對AZ31變形鎂合金激光沖擊處理前后的應(yīng)力腐蝕規(guī)律進(jìn)行了探索。結(jié)果表明:在3.5％NaCl溶液中激光沖擊前試樣的應(yīng)力腐蝕敏感性指數(shù)

5、為0.803，而激光沖擊后則為0.69，激光沖擊后AZ31鎂合金的抗應(yīng)力腐蝕敏感性明顯提高。其原因在于激光沖擊后近表層存在的殘余壓應(yīng)力使材料內(nèi)實(shí)際所承受的拉應(yīng)力減小，較小的應(yīng)力導(dǎo)致裂紋尖端產(chǎn)生較小的應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率，同時(shí)由于改性層晶粒細(xì)化，高密度位錯(cuò)相互纏結(jié)，裂紋尖端位錯(cuò)滑移阻力較大，表層高密度位錯(cuò)、孿晶和亞晶等微結(jié)構(gòu)抑制了裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，在相同外載荷下激光沖擊后的材料抗應(yīng)力腐蝕敏感性明顯提高。
　　(4)開展了AZ31變形

6、鎂合金激光沖擊處理前后的腐蝕疲勞性能研究。研究表明激光沖擊后試樣在空氣和溶液中的疲勞壽命均得到提高，在空氣中疲勞壽命提高約38.3％，在溶液中疲勞壽命提高約183.5％，且空氣中試樣的疲勞循環(huán)次數(shù)高于溶液中，通過曲線擬合得到?jīng)_擊處理前后不同環(huán)境中的Paris方程。擬合曲線說明:激光沖擊后試樣的裂紋擴(kuò)展速率減小，試樣在空氣中的裂紋擴(kuò)展速率小于溶液中的裂紋擴(kuò)展速率，激光沖擊后殘余壓應(yīng)力、晶粒細(xì)化和耐腐蝕性增強(qiáng)是抑制鎂合金裂紋萌生和擴(kuò)展的主要