激光沖擊強化AZ31鎂合金的腐蝕性能研究.pdf

1、在倡導節(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、計算機、電子通訊、國防軍事等領域已得到廣泛應用。但鎂合金作為機械構件在潮濕環(huán)境中服役時，易產生點腐蝕或應力腐蝕，在潮濕空氣中承受靜載或交變載荷時會產生應力腐蝕或腐蝕疲勞斷裂，從而導致破壞性事故發(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用。
　　激光沖擊強化是一種新型的高能短脈沖表面形變強化技術，在高壓沖

2、擊波作用下材料表層產生超高應變速率的塑性變形，能有效改善材料的微觀組織，提高其力學性能、減少或延遲裂紋的形核和擴展，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、電化學特性、抗應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鎂合金激光沖擊強化的晶粒細化模型。開展了激光沖擊

3、強化AZ31鎂合金的表面完整性和微觀組織演化機理的研究。研究表明激光沖擊后晶粒明顯細化，其晶粒細化機制包括:在變形初期，由于基面、棱柱面和錐面三個位錯滑移系相繼激活，此時塑性變形以位錯滑移為主;當位錯滑移在晶界處受阻很難繼續(xù)滑移時出現平行孿晶，平行孿晶將晶粒細分為孿晶板條，位錯不斷相互纏繞形成位錯墻，高密度位錯墻與孿晶相互交叉，將晶粒細分為多個亞晶，亞晶逐漸演變?yōu)榇蠼嵌染Ы纾罱K實現晶粒細化。
　　(2)發(fā)現了激光沖擊次數對AZ3

4、1鎂合金抗腐蝕性的影響規(guī)律。利用CHI660電化學工作站測定試樣在3.5％NaCl溶液中在不同時間下的塔菲爾極化曲線和電化學阻抗譜曲線。結果表明: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。
　　(3)獲得了激光沖擊強化AZ31鎂合金抗應力腐蝕的演化規(guī)律。通過慢應變速率拉伸實驗對AZ31變形鎂合金激光沖擊處理前后的應力腐蝕規(guī)律進行了探索。結果表明:在3.5％NaCl溶液中激光沖擊前試樣的應力腐蝕敏感性指數

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力使材料內實際所承受的拉應力減小，較小的應力導致裂紋尖端產生較小的應力腐蝕裂紋擴展速率，同時由于改性層晶粒細化，高密度位錯相互纏結，裂紋尖端位錯滑移阻力較大，表層高密度位錯、孿晶和亞晶等微結構抑制了裂紋的產生和擴展，在相同外載荷下激光沖擊后的材料抗應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)次數高于溶液中，通過曲線擬合得到沖擊處理前后不同環(huán)境中的Paris方程。擬合曲線說明:激光沖擊后試樣的裂紋擴展速率減小，試樣在空氣中的裂紋擴展速率小于溶液中的裂紋擴展速率，激光沖擊后殘余壓應力、晶粒細化和耐腐蝕性增強是抑制鎂合金裂紋萌生和擴展的主要