高性能鎂合金電磁改性技術(shù)研究.pdf

1、航空航天和汽車工業(yè)對輕質(zhì)合金的需求不斷增長，使得新材料和先進(jìn)加工技術(shù)也得到了很大發(fā)展。由于鎂合金在物理、機械和鑄造方面具有優(yōu)越的性能，例如：比強度和比剛度高，鑄造性能優(yōu)異，密度低，抗震性能好，熱和電導(dǎo)率高等等，被認(rèn)為是輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件的理想材料。然而，鎂合金也具有低硬度，有限的強度，高的化學(xué)反應(yīng)能力以及極差的電腐蝕性能等缺點。以材料加工，磁流體動力學(xué)及材料科學(xué)與工程為基礎(chǔ)的電磁加工技術(shù)被認(rèn)為是一種重要的前沿加工技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于提高合金的

2、性能，例如，利用磁場和感應(yīng)電流之間的相互作用來對液體金屬產(chǎn)生驅(qū)動、攪拌、凈化、傳輸和形狀控制等作用。 本文分別將軟接觸電磁連鑄、電磁攪拌和強磁場三種技術(shù)應(yīng)用到鎂合金制備過程中，研究了各種電磁場對鎂合金微觀組織和性能的影響，得出了以下主要的結(jié)論：自行設(shè)計、建立了適合于鎂合金的電磁連鑄成型系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)。在對鎂合金電磁連鑄的實驗缺陷分析后，確定出本實驗條件下較為合適的工藝參數(shù)：電源頻率2500Hz，功率10kW；澆注溫度710～73

3、0C；液面控制在感應(yīng)線圈上沿±2mm處；對于Φ80mm鎂合金鑄錠，穩(wěn)定拉速(V2)為1.5mm/s，Φ120mm為V2=1.08mm/s；冷卻水量為0.6～1.0m3/h。并在此參數(shù)下得到了質(zhì)量較好的鎂合金鑄錠。軟接觸電磁連鑄鑄錠具有細(xì)小、均勻的顯微組織；且原本在金屬模鑄錠、普通連鑄錠中在晶界上大量析出的β相，在電磁連鑄錠中析出減少，并呈現(xiàn)彌散分布的形式。這些組織上的改變，會改善鎂合金的性能。軟接觸電磁連鑄力學(xué)性能有很大提高。Φ80mm

4、鑄錠與金屬模鑄錠比較，常溫抗拉強度和延伸率分別提高了約30％和27％Φ120mm鑄錠與普通連鑄錠比較，抗拉強度和延伸率亦提高了約33％和42％。斷口形貌顯示軟接觸連鑄錠具有更多的韌性斷裂特征。同時，軟接觸連鑄錠的宏觀硬度比照普通連鑄錠也有很大提升：邊部提高了14％，心部提高了23％。在3.5％NaCl溶液中的動電位極化測試表明，軟接觸電磁連鑄鑄錠耐腐蝕性能有很大的提高。軟接觸電磁連鑄鎂合金(φ80mm)的腐蝕電壓為-1.41V，腐蝕電壓

5、附近的腐蝕電流密度為3.581μA/cm2。相對于模鑄錠，腐蝕電壓上升，腐蝕電流下降，耐蝕性能提高。另外，腐蝕形貌也驗證了這一結(jié)果。 設(shè)計制造以永磁體為工作介質(zhì)的電磁攪拌裝置，建立了電磁攪拌作用模型。通過分析得出微體積元在永磁體攪拌過程中在徑向和切向上均受到周期變化的作用力。該作用力的大小對改變凝固組織有重要的作用。永磁體攪拌細(xì)化了AZ61鎂合金的組織，提高了β相的析出量和分布均勻性，但對Zn元素的分布影響很??；永磁體攪拌提高了

6、鎂合金枝晶間的補縮能力，同時也降低了氣體的溶解度。β相析出量與基體抗腐蝕能力不是正向關(guān)系。由于電流效應(yīng)，β相含量的少量增加不會增加基體的防腐能力，反而加速基體的腐蝕；只有當(dāng)β相含量足夠多時，β相才會對基體有保護(hù)作用，提升基體抗腐蝕能力。強磁場明顯細(xì)化了AZ61鎂合金顯微組織。施加強磁場使得β相的析出形式發(fā)生變化，即由混合析出轉(zhuǎn)變成以連續(xù)性析出為主。強磁場使得鎂合金的凝固產(chǎn)生了擇優(yōu)取向：α-Mg的c軸會以平行外界強磁場方向的方式排列，強磁