1、畢業(yè)論文 第VI頁畢業(yè)論文鎂合金表面擴(kuò)滲Al-Zn工藝及對(duì)其性能的影響研究 院（系）名稱工學(xué)院專 業(yè) 名 稱材料成型及控制工程2012年 5 月 15 日摘 要鎂及鎂合金具有一系列的性能優(yōu)點(diǎn)，其密度小，比剛度高，電磁屏蔽性能優(yōu)異，熱成型和切削加工性好，同時(shí)還具有易于回收再利用等突出優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為2l世紀(jì)的綠色金屬材料。AZ91D鎂合金是工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的鎂合金之一。但鎂是活潑金屬，且鎂的氧化膜疏松多孔，故鎂及鎂合金的耐腐蝕性很差，影響了其應(yīng)用性。目前主要采取以下幾種方法來解決鎂合金耐腐性問題， 一是提高鎂合金純度或研制新合金，二是采用快速凝固工藝，三就是采用表面處理技術(shù)，生成涂層或膜以及進(jìn)行表面

2、改性。本文主要是通過熱擴(kuò)滲Al、Zn，來改善鎂合金的性能。采用切割機(jī)切取鎂合金塊，然后將其打磨、拋光，制成一定尺寸的試樣，清洗試樣烘干備用，再配置一定量的純A1滲劑、50%Al+50%Zn滲劑作為擴(kuò)滲介質(zhì)。在溫度可控的箱式電阻爐內(nèi)，在不同溫度下， 對(duì)AZ91D鎂合金進(jìn)行不同時(shí)間的表面擴(kuò)滲處理。然后觀察試樣的金相組織與滲層厚度，分析Al、Zn對(duì)AZ91D鎂合金表面組織的影響，通過硬度測(cè)試對(duì)比分析不同條件下進(jìn)行表面擴(kuò)滲對(duì)鎂合金的硬度方面帶來的變化與影響，在利用腐蝕試驗(yàn)對(duì)基體和滲層的耐蝕性進(jìn)行了對(duì)比分析。試驗(yàn)表明：觀察試樣的顯微組織發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)滲過Al、Zn的試樣表面顯微組織發(fā)生明顯變化，通過硬度測(cè)試與

3、浸液腐蝕和電極腐蝕證明擴(kuò)滲層的形成能夠提高鎂合金的表面硬度與耐腐蝕性。關(guān)鍵字：AZ91D鎂合金，擴(kuò)滲，硬度，耐腐蝕性Effect Of Solid Diffusion of Al-Zn on the Properties of AZ91D Magnesium Alloy AbstractMagnesium and magnesium alloys with a range of performance benefits， their low density and specific rigidity， electromagnetic shielding performance， thermof

4、orming and good machinability， and also highlight the advantages of easy recycling use， known as the green metallic materials of the 21st century AZ91D magnesium alloy is one of the industrys most widely used magnesium alloy Magnesium is the active metals， and oxide membrane of magnesium is porous，

5、so the poor corrosion resistance of magnesium and magnesium alloys， Affect its application Mainly take the following are several ways to solve the corrosion resistance of magnesium alloy， the first is to enhance the purity of magnesium alloy， or the development of new alloys， the second is using the

6、 rapid solidification process， three is the use of surface treatment technology to generate a coating or membrane， and surface modification sex This paper is to discuss the diffusion of Al through the hot， of Zn， to improve the performance of magnesium alloy The cutting machine cut magnesium alloy b

7、lock and then polished， polished， made of a certain size of the sample， cleaning sample and then drying， and then configure a certain amount of pure Al penetration， 50% Al +50% Zn penetration as a diffusion dielectric In a temperature-controlled box-type resistance furnace AZ91D magnesium alloy get

8、the surface diffusion at different temperatures and different times And then observe the microstructure and diffusion layer thickness of the sample the thickness of the nitrided layer， analysis the impact of Al 、Zn in the surface structure of AZ91D magnesium alloy， hardness test comparison analysis

9、the impact of surface diffusion on the hardness of the magnesium alloy under different conditions In the use of corrosion test analysis of the corrosion resistance of the original sample and the diffusion The tests showed: Microstructure observation of the specimen found that diffusion of Al， Zn spe

10、cimen surface microstructure change significantly， by means of hardness testing and immersion corrosion and electrode corrosion proof of the existence of the diffusion layer can significantly increase the magnesium alloy surface hardness and corrosion resistanceKey words: AZ91D Magnesium Alloy， Diff

11、usion， Hardness， Corrosion Resistance目 錄1 緒 論11.1 鎂及鎂合金的歷史11.2 國(guó)內(nèi)鎂及鎂合金的現(xiàn)狀21.3 鎂及鎂合金的缺點(diǎn)31.4 鎂合金表面改性方法41.4.1 表面擴(kuò)滲合金化改性技術(shù)41.4.2 陽極氧化51.4.3 金屬鍍層71.4.4 高能束技術(shù)處理81.5 Al、Zn的作用81.5.1 Al的作用81.5.2 Zn的作用81.6 研究?jī)?nèi)容和工藝過程91.6.1 研究?jī)?nèi)容91.6.2 工藝過程92 實(shí)驗(yàn)方法及分析手段102.1 試樣的制備102.2 配置滲劑112.3 擴(kuò)滲工藝參數(shù)的確定132.3.1 擴(kuò)滲溫度132.3.2 擴(kuò)滲時(shí)間1

12、32.3.3 擴(kuò)滲過程132.4 組織分析和性能測(cè)試142.4.1 組織分析142.4.2 顯微硬度測(cè)試152.4.3 失重腐蝕速率測(cè)定152.4.4 電化學(xué)腐蝕性能測(cè)試163 結(jié)果與討論173.1 AZ91D鎂合金滲層的表面形貌173.1.1 原AZ91鎂合金試樣表面形貌173.1.2 滲鋁后的AZ91D鎂合金表面形貌183.1.3 AZ91D鎂合金滲A1-Zn層的表面形貌193.2 鎂合金表面熱擴(kuò)散機(jī)理的研究213.2.1 擴(kuò)滲層形成與擴(kuò)滲機(jī)制213.2.2 滲層形成的主要影響因素243.3 試樣硬度測(cè)試分析263.4 腐蝕性能測(cè)試283.4.1 浸液腐蝕283.4.2 電極腐蝕293.5

13、 熱擴(kuò)滲層提高鎂合金耐蝕性能的分析334 結(jié)論34致謝35參考文獻(xiàn)36黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第42頁1 緒 論1.1 鎂及鎂合金的歷史早在1808年，英國(guó)化學(xué)家Sir Humphrey.Davy就制備出少量含有雜質(zhì)的鎂1，從此，歷史掀起新的一頁。世界各國(guó)的科學(xué)家們都在努力尋找提煉鎂的方法以及解決鎂應(yīng)用的問題。然而由于技術(shù)水平以及其它方面的影響，鎂的應(yīng)用一直受到限制。當(dāng)今的世界面臨著能源的危機(jī)，環(huán)境的嚴(yán)重污染，降低能源消耗、提高能源利用率、減少環(huán)境污染以及節(jié)約地球有限資源是當(dāng)今人們所面臨的一個(gè)十分重要而緊迫的問題。例如，汽車生產(chǎn)廠家都在以減輕汽車的自重，從而降低能耗、減少污染、提高效率這一重要措

14、施來提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力。有關(guān)資料顯示：汽車自重每減輕100kg，油耗可減少0.7L/km2；汽車自重每減輕10%，燃油的效率可提高5.5%3。由此，鎂合金的研究與應(yīng)用又被提上日程，世界各大汽車公司已經(jīng)將鎂合金制造汽車的零部件作為重要的發(fā)展方向4-8。鎂是金屬結(jié)構(gòu)材料中最輕的元素，它的密度為 14 g/cm-3，為鋁的2/3，鋼的1/49，甚至低于某些 工程塑料的，具有高的比強(qiáng)度、比剛度、減振性、導(dǎo)熱性、可切削加工性和可回收性，因而被稱為21世紀(jì)的“綠色”工程材料。鎂合金的比強(qiáng)度不僅高于某些高強(qiáng)度鋼的，甚至還高于一些鋁合金的；它還有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和電磁屏蔽性能。所以在汽車、航空和電子工業(yè)等方面正

15、得到日益廣泛的應(yīng)用 10-13 。鎂合金具有比強(qiáng)度高、切削加工性優(yōu)良、導(dǎo)熱性和減振性好以及易于回收利用等特點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色金屬材料。鎂在地球上儲(chǔ)藏量豐富(約占地殼質(zhì)量的 2.7)，鎂的化合物廣泛分布在陸地、海水、鹽泉和湖泊中，特別是在海水中含量達(dá)2.110 t。自然資源非常豐富14-15 。另外，鎂也是自然界中分布最廣的元素之一，金屬中僅次于Al和Fe占第三位。因?yàn)殒V合金具有優(yōu)良的綜合性能，能被應(yīng)用于汽車，計(jì)算機(jī)，通訊等廣闊領(lǐng)域。表1.1列出了幾種常用結(jié)構(gòu)材料的性能。汽車生產(chǎn)商嘗試用鎂壓鑄件來減輕汽車重量的方法至少已經(jīng)有70多年的歷史了。最早如德國(guó)的Alder工廠在1927年到1930

16、年之間，在其生產(chǎn)的每一輛汽車上就用了平均73.8kg左右的鎂。到了上世紀(jì)80年代初，北美的汽車生產(chǎn)商們?yōu)榱四苓_(dá)到CAFE平均燃油標(biāo)準(zhǔn))的要求而重新嘗試將鎂用于制作汽車零部件以減輕汽車的凈重量。新型商用鎂合金如AZ、AM系列合金的成功開發(fā)也極大地激發(fā)了企業(yè)商的興趣，一些企業(yè)在這一領(lǐng)域里投入了大量的人力和物力，并成功地將其研究成果付諸生產(chǎn)。之后，歐洲在80年代末期也開始了類似的研究發(fā)展計(jì)劃。而鎂壓鑄汽車零部件在歐洲的真正廣泛應(yīng)用只是近年來的事情，但其發(fā)展十分迅速，發(fā)展速度遠(yuǎn)超過北美與世界其它地區(qū)。目前在歐洲正在使用或正處于研制中的鎂基壓鑄汽車零部件至少超過60種。綜合看來，儀表盤基座、座位框架、方

17、向盤軸、發(fā)動(dòng)機(jī)閥蓋、變速箱殼、車輪、汽車車身等幾十種零部件使用鎂合金普及率最高1。表1.1 鎂與其它結(jié)構(gòu)材料的性能比較16材料類別密度gcm-3彈性模量GPa比彈性模量GPacm3g-1強(qiáng)度MPa比強(qiáng)度MPacm3g-1熱導(dǎo)率Wcm-1K-1減震系數(shù)%鑄鐵74180243200-40027-548010-17鋁2770259200-35073-1282472-5塑料15-215-2510-125100-25050-16720-50-鎂174452586180-300118-17215730-601.2 國(guó)內(nèi)鎂及鎂合金的現(xiàn)狀我國(guó)鎂資源豐富，鎂儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的225%，使鎂合金具備了巨大的應(yīng)用潛

18、力。目前，鎂合金已應(yīng)用于汽車、摩托車等交通工具，計(jì)算機(jī)、通訊、儀器儀表、家電等電子電器工業(yè)，輕工、化工、冶金、航空航天、國(guó)防軍工等部門，隨著鎂合金提煉、加工處理技術(shù)的發(fā)展，鎂合金材料將成為繼鋼鐵和鋁之后的第三大類金屬材料，在世界范圍內(nèi)得到快速發(fā)展。我國(guó)擁有極其豐富的鎂資源，鎂的生產(chǎn)能力極強(qiáng)，近年來原鎂產(chǎn)量占全球的40%以上，其中80%的原鎂用于出口。可是，中國(guó)的鎂工業(yè)卻沒有受到本國(guó)汽車、電子通訊等行業(yè)的重視。21世紀(jì)是鎂合金材料飛速發(fā)展的時(shí)代，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)了新世紀(jì)鎂材料發(fā)展的新潮流。加入WTO以后，全球的經(jīng)濟(jì)一體化將使我國(guó)的制造業(yè)面臨更大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。因此，要想使我國(guó)在激烈的世界高新技術(shù)中

19、占據(jù)一席之地，必須盡快開展鎂合金產(chǎn)業(yè)化成套技術(shù)裝備的研制和開發(fā)，使中國(guó)不僅成為鎂資源大國(guó)，而且成為鎂產(chǎn)品強(qiáng)國(guó)。因此，我國(guó)汽車、摩托車等交通行業(yè)的骨干企業(yè)，己經(jīng)結(jié)合具體產(chǎn)品或部件制訂出采用鎂合金的新產(chǎn)品研究開發(fā)計(jì)劃。目前我國(guó)在鎂工業(yè)領(lǐng)域擁有資源、產(chǎn)量、出口三大方面優(yōu)勢(shì)，為發(fā)展鎂合金工業(yè)提供了良好的基礎(chǔ)。但是目前我國(guó)鎂產(chǎn)品以鎂原材料為主，大部分以原材料形式出口，且價(jià)格比國(guó)外同類產(chǎn)品低得多 17。1.3 鎂及鎂合金的缺點(diǎn)盡管鎂及其合金具有極其優(yōu)越的物理和機(jī)械性能，尤其是其高比強(qiáng)度使其成為汽車和航空的理想材料。但鎂也有一系列的不利性能，包括很差的腐蝕性能、耐磨性能和蠕變性能極高的化學(xué)活性。鎂在酸性、中

20、性和弱堿性溶液中都不耐腐蝕，在強(qiáng)堿性溶液中有較好的耐蝕性。但是，如果堿溶液中存在氯離子，則會(huì)破壞鎂表面的鈍化膜，從而導(dǎo)致鎂合會(huì)的腐蝕，特別是當(dāng)合金中含有鐵和鎳會(huì)加快它在氯化物環(huán)境中的腐蝕。鎂在室溫下很容易被空氣氧化，生成一層很薄的氧化膜。這種薄膜多孔疏松，脆性較大，遠(yuǎn)不如鋁及鋁合金的氧化膜峰實(shí)致密，耐蝕性很差，這嚴(yán)重限制了鎂合金在實(shí)際中更廣泛的應(yīng)用18-24。鎂的應(yīng)用尤其是室外應(yīng)用中的最大挑戰(zhàn)在于它的耐腐蝕性能差。鎂及其合金對(duì)電化腐蝕尤為敏感，而這將在金屬表面造成嚴(yán)重的點(diǎn)蝕，從而導(dǎo)致機(jī)械穩(wěn)定性的降低和表面質(zhì)量的變差。通過高純金屬的采用可以提高耐腐蝕性能，因?yàn)楦呒兘饘賹㈣F、鎳和銅等雜質(zhì)的含量維持

21、在極限值以下。服役中的鎂合金的腐蝕速度可以通過降就全球總體情況來看，鎂合金的應(yīng)用及相應(yīng)的研究較其他材料嚴(yán)重滯后。鎂的氧化物分子體積與金屬原子體積之比小于126鎂表面生成的氧化膜疏松多孔，不能對(duì)基體起有效保護(hù)作用。對(duì)于鎂合金，其合金元素可以和鎂形成局部的陰陽極，更加劇了腐蝕傾向，所以鎂合金零件在使用前一般必須經(jīng)過一定的表面處理以提供有效的保護(hù)12，15。1.4 鎂合金表面改性方法目前常規(guī)的鎂合金表面改性方法有轉(zhuǎn)化膜、陽極氧化膜、有機(jī)膜等工藝27-30 。但常規(guī)的表面處理方法有很大的局限性，如鎂合金化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性、耐磨性、抗劃傷能力都較差，有機(jī)膜的耐磨性、抗劃傷能力很差，而陽極氧化膜需進(jìn)行有機(jī)

22、物封裝處理，其耐蝕性、耐磨性、抗劃傷能力也不理想。針對(duì)這一問題，目前主要采取以下幾種方法來解決鎂合金耐腐性問題， 一是提高鎂合金純度或研制新合金，二是采用快速凝固工藝，三就是采用表面處理技術(shù)，生成涂層或膜以及進(jìn)行表面改性。這些處理方法都各有其優(yōu)缺點(diǎn)，工藝都在進(jìn)一步改進(jìn)和完善中。各種改善鎂合金性能方法如下:1.4.1 表面擴(kuò)滲合金化改性技術(shù) 1、擴(kuò)滲合金化的基本特點(diǎn) 熱擴(kuò)滲技術(shù)的突出特點(diǎn)是31 ：滲層與基體金屬之間是冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度很高，滲層不容易脫落或剝落。這是其他涂層方法如電鍍、噴涂、化學(xué)鍍、甚至物理氣相沉積技術(shù)所無法比擬的。 形成熱擴(kuò)滲層的基本條件有三個(gè)：滲入元素必須能夠與基體金屬形成固

23、溶體或金屬間化合物31-33 。為此，溶質(zhì)原子與基體金屬原子直徑的大小、晶體結(jié)構(gòu)的差異、電負(fù)性的大小等因素必須符合一定條件；其次，欲滲元素與基材之間必須有直接接觸；第三，被滲元素在基體金屬中要有一定的滲入速度，否則在生產(chǎn)上就沒有使用價(jià)值。 2、表面擴(kuò)滲合金化研究現(xiàn)狀 鑒于鎂合金表面改性的研究現(xiàn)狀以及Al-Zn化合物具有良好的抗蝕性能和抗磨性能34-36，作者多年采用傳統(tǒng)的固態(tài)擴(kuò)滲方法，將鎂合金試樣包埋于Zn、Al混合粉中，在試樣表面形成冶金結(jié)合的表面合金層。雖然A R Castle，Gabe，Shigematsu，M Nakamura等人37-38也采用爐內(nèi)加熱固態(tài)擴(kuò)滲鋁的方法對(duì)鎂合金進(jìn)行了表

24、面合金化改性處理，但并未系統(tǒng)研究不同擴(kuò)滲劑條件下，鎂合金工藝條件對(duì)鎂合金擴(kuò)滲過程的擴(kuò)散反應(yīng)機(jī)制及合金層組織的影響。我研究了采用Zn、Al混合粉為擴(kuò)滲劑對(duì)AZ91D鎂合金表面擴(kuò)滲合金化改性后，其改性層的組織及性能特征39-45都發(fā)生了明顯的改變。鎂合金固態(tài)擴(kuò)滲合金化較鋼鐵，鋁合金、銅合金等相對(duì)要復(fù)雜和困難得多，原因是鎂十分活潑，氧化鎂會(huì)在表面迅速生成，妨礙擴(kuò)滲金屬原子與基體形成金屬鍵或金屬間化合物，試樣必須進(jìn)行嚴(yán)格的表面預(yù)處理和氣體保護(hù)等。要得到理想的合金層，防止鎂及鎂合金產(chǎn)生氧化膜是工藝的關(guān)鍵。我們?cè)囼?yàn)中采用特殊的表面預(yù)處理以及擴(kuò)滲合金化保護(hù)措施，使鎂合金獲得較理想的擴(kuò)滲合金層。1.4.2 陽

25、極氧化 1、普通陽極氧化處理 陽極氧化是一系列生產(chǎn)過程中的一個(gè)環(huán)節(jié)。這種生產(chǎn)過程是從在鑄造車間用純金屬熔化成合金開始直到陽極氧化產(chǎn)品被檢驗(yàn)合格才結(jié)束。其間存在極多機(jī)會(huì)產(chǎn)生可能影響陽極氧化膜質(zhì)量的問題。陽極氧化膜的質(zhì)量要受到基休金屬組成物的物理和化學(xué)特性的影響。鎂合金陽極氧化是以不銹鋼、鎳或?qū)щ娦噪娊獬乇旧頌殛帢O，以鎂為陽極，在適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)溶液中，控制工藝參數(shù)如電壓、電流密度以及電解質(zhì)溶液組成、濃度、溫度和pH值等條件進(jìn)行陽極極化，即可在鎂合金表面獲得具有雙層結(jié)構(gòu)陽極氧化膜層：內(nèi)層為較薄的致密層，外層為較厚的多孔層。此膜層需進(jìn)一步封孔處理，以提高其耐蝕性。與鋁陽極氧化相比，鎂陽極氧化的電壓、電流

26、密度更高，電解液組成更復(fù)雜46。在多數(shù)電解質(zhì)溶液中，只有在較高 電壓和電流密度下才可能成膜。陽極氧化膜的多孔結(jié)構(gòu)對(duì)需進(jìn)一步涂覆的有機(jī)膜層提供優(yōu)良的基底，卻也為膜層下腐蝕的發(fā)生埋下隱患。為了進(jìn)一步提高陽極氧化膜的耐蝕性能，有必要對(duì)其進(jìn)行封孔處理。鎂及鎂合金封孔處理工藝流程為：溫水漂洗熱水漂洗(7182)或熱風(fēng)干燥封孔。電壓不同造成的陽極氧化現(xiàn)象及成膜效果不同，鎂陽極氧化電壓、電流曲線可分為法拉第區(qū)、火花放電區(qū)和弧光放電區(qū)。對(duì)應(yīng)于火花放電區(qū)中電壓較高區(qū)域的陽極氧化稱為微弧氧化、等離子體微弧氧化或陽極火花沉積。當(dāng)工作電壓提高到微弧氧化電壓區(qū)后，利用微弧區(qū)瞬間高溫?zé)Y(jié)作用，使陽極氧化物熔覆在金屬表面，

27、形成陶瓷質(zhì)的陽極氧化膜，大大提高了陽極氧化膜的硬度和致密性，使成膜效果和膜層綜合性能如耐磨、耐蝕性能等都顯著提高39。但高電壓參數(shù)帶來的強(qiáng)烈火花放電及隨之產(chǎn)生的高溫環(huán)境可能會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)安全操作帶來隱患。薛文斌 等在濃度為10g/L的NaAl2O3，溶液中用30kW的等離子微弧氧化裝置對(duì)鎂合金ZM15進(jìn)行2h的微弧陽極氧化處理，對(duì)氧化膜分析發(fā)現(xiàn)，基材表面中的Zn元素會(huì)進(jìn)入溶液，而溶液中的Al元素參與化學(xué)反應(yīng)并進(jìn)入氧化膜內(nèi)，在膜表面形成貧Zn富Al層。處理過的樣品在0.1的H2SO4溶液中浸泡4h后，白色氧化膜開始出現(xiàn)腐蝕坑，而未處理的鎂合金放入同一溶液中幾秒鐘后就出現(xiàn)明顯的析氫腐蝕。這表明鎂合金經(jīng)微

28、弧陽極氧化處理后耐蝕性得到較 大的提高。2、微弧氧化微弧氧化是在普通陽極氧化的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新技術(shù)，它又稱為微等離子陽極氧化或陽極火化沉積。微弧氧化是將Al、Ti、Ta等金屬或其合金置于電解質(zhì)水溶液中，利用電化學(xué)方法，使該材料表面微孔中產(chǎn)生火花放電斑點(diǎn)，在熱化學(xué)、等離子體化學(xué)和電化學(xué)共同作用下，生成陶瓷膜層的陽極氧化方法。其工藝過程主要經(jīng)歷4個(gè)階段：表面生成氧化膜；氧化膜被擊穿，并發(fā)生等離子微弧放電；氧化進(jìn)一步向深層滲透；氧化、熔融、凝固平穩(wěn)階段。與普通的陽極氧化膜相比，微弧氧化膜孔隙小、空隙率低、生成的膜與基體結(jié)合緊密、質(zhì)地堅(jiān)硬、分布均勻，從而具有更高的耐蝕耐磨性能。對(duì)于鎂合金微弧氧化膜的

29、生長(zhǎng)規(guī)律，薛文斌等人研究表明，陶瓷氧化膜層由致密層和表面疏松層組成，致密層占總膜厚的90%；氧化膜與基體結(jié)合良好，界面上無大的孔洞。而蔣百靈等人 。加 系統(tǒng)研究了磷酸鹽、硅酸鹽、六偏磷酸鹽和碳酸鹽體系的鎂合金微弧氧化處理液的配方，以及微弧氧化工藝對(duì)微弧氧化陶瓷層結(jié)構(gòu)性能的影響，對(duì)MB8鎂合金微弧氧化陶瓷層生長(zhǎng)過程及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，在氧化初期膜層結(jié)合緊密，主要由致密層組成；然而膜層越厚則疏松層越厚，疏松層厚度最終可達(dá)90%。有關(guān)陽極氧化的研究有兩個(gè)趨勢(shì)：一是微弧等離子陽極氧化的進(jìn)一步研究，二是開發(fā)無污染的陽極氧化液。20世紀(jì)90年代以來，由于環(huán)保的要求，對(duì)致癌物質(zhì)的控制，生產(chǎn)中趨向?qū)ふ也?/p>

30、含鉻的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理方法。鎂合金微弧氧化的高壓高頻和大于10A/dm2的處理電流，導(dǎo)致“大面積”設(shè)備開發(fā)難度大，處理成本高于陽極氧化和電鍍的。1.4.3 金屬鍍層 電化學(xué)鍍技術(shù)分為電鍍和化學(xué)鍍兩種。電鍍是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，在直流電的作用下，以被鍍基體金屬為陰極，以欲鍍金屬為陽極或其他惰性導(dǎo)體為陽極，通過電解作用，在基體表面上獲得結(jié)合牢固的金屬膜的表面處理技術(shù)。化學(xué)鍍又稱為無電解鍍，指在無外加電流的狀態(tài)下，借助合適的還原劑，使鍍液中的金屬離子還原成金屬，并沉積到零件表面的一種鍍覆方法。無論是電鍍還是化學(xué)鍍都需要對(duì)鎂基體進(jìn)行預(yù)處理。對(duì)于不同的鎂合金和鍍液，預(yù)處理的要求是不同的。鋅和鎳是僅

31、有的兩種可直接在鎂上鍍的金屬。通常這兩種金屬的鍍層作底層，在其上再沉積其他常用金屬。電化學(xué)鍍?nèi)〉玫倪M(jìn)展：目前，在鎂合金上實(shí)施電鍍技術(shù)已可在某些領(lǐng)域試應(yīng)用。CuNiCr鍍層可以在輕度或中等腐蝕環(huán)境下使用，有較好的防護(hù)效果。電化學(xué)鍍中的困難：鎂合金表面電鍍或化學(xué)鍍是很困難的，這是因?yàn)殒V十分活潑，MgO會(huì)在鎂合金表面迅速形成，妨礙沉積金屬與基層形成金屬一金屬鍵。鎂合金的高活性使人們不得不開發(fā)非傳統(tǒng)鍍液，因?yàn)殒V合金會(huì)劇烈地和大多數(shù)酸液發(fā)生反應(yīng)并溶于其中。另外，AZ91D鎂合金(相當(dāng)于ZM5)由、兩相組成，兩相的電極電位不同，易形成微電池，這是AZ91D鎂合金難以施鍍的主要原因。目前鎂合金化學(xué)鍍的研究工

32、作仍存在以下問題：(1)化學(xué)鍍工藝尚不成熟，仍處于實(shí)驗(yàn)室研究水平，要想應(yīng)用仍需進(jìn)行系統(tǒng)研究；(2)目前的實(shí)驗(yàn)室研究主要集中在化學(xué)鍍工藝的設(shè)計(jì)和改進(jìn)上，基礎(chǔ)性的研究較少，尤其在沉積機(jī)制和結(jié)合機(jī)制方面的研究更少。1.4.4 高能束技術(shù)處理 高能束處理是近幾十年發(fā)展起來的一種表面處理方法，即利用激光束、離子束等高能束流對(duì)金屬表面進(jìn)行處理。高能束處理在鋼及鋁合金表面處理中應(yīng)用較多，近年來研究人員開始在鎂合金上進(jìn)行探索研究，目前已取得很大進(jìn)展。但仍有很多問題尚未解決。1.5 Al、Zn的作用1.5.1 Al的作用Al 是鎂合金中有效的合金化元素之一。Al在 Mg中的固溶度大，在共晶溫度 437 時(shí)最大固

33、溶度達(dá)到12.5 %。而且隨溫度降低固溶度變化明顯 ，因此不僅可以產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用，而且還可以進(jìn)行淬火、時(shí)效熱處理，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。經(jīng)過固溶處理得到的過飽和固溶體在較低溫度時(shí)效 ，將發(fā)生分解，不出現(xiàn)預(yù)沉淀和介穩(wěn)相 ，直接析出平衡相 Al17 Mg12 。當(dāng) Al 含量較高和時(shí)效溫度較高時(shí)，以連續(xù)沉淀為主。Mg 中加入 Al 元素也可以改善合金鑄造性能 ，但有形成顯微縮松的傾向。 1.5.2 Zn的作用Zn也是一種鎂合金中比較常用的合金元素。常與 Al、 Zr 或者 RE 元素一起使用。Zn 在 Mg 中的固溶度約為 6.2% ，其固溶度隨著溫度的降低而顯著減小。Zn 可以提高鑄件的抗蠕變性能，但

34、當(dāng) Zn含量超過 2.5%時(shí)會(huì)對(duì)合金的防腐蝕性能有負(fù)面影響。Zn可以增加熔體流動(dòng)性，弱晶粒細(xì)化劑，有形成顯微縮松傾向，有沉淀強(qiáng)化作用。1.6 研究?jī)?nèi)容和工藝過程1.6.1 研究?jī)?nèi)容1、研究表面擴(kuò)滲Al對(duì)AZ91D鎂合金組織和性能的影響；2、研究表面Al、Zn共滲對(duì)AZ91D鎂合金組織和性能的影響；3、研究擴(kuò)滲工藝對(duì)擴(kuò)滲層組織和性能的影響。1.6.2 工藝過程實(shí)驗(yàn)流程：制樣打磨超聲波丙酮除油干燥擴(kuò)滲組織觀察分析、硬度測(cè)試及耐腐蝕性能測(cè)試。本論文是關(guān)于鋁粉、鋅粉及其混合粉末對(duì)AZ91D鎂合金性能影響的研究，采用切割機(jī)切取鎂合金塊，然后將其打磨去除表面氧化皮，在對(duì)其進(jìn)行拋光，制成一定尺寸的鎂合金塊試

35、樣，在利用超聲波清洗鎂合金表面雜質(zhì)烘干備用，配置一定量的純A1滲劑、50%Al+50%Zn的固體混合粉末滲劑作為擴(kuò)滲介質(zhì)用來對(duì)AZ91D鎂合金進(jìn)行表面擴(kuò)滲。將AZ91D鎂合金置于不同的滲劑中，放在溫度可控的箱式電阻爐內(nèi)，分別在390、440、470溫度下，進(jìn)行AZ91D鎂合金表面擴(kuò)滲處理4h、6h、8h。然后觀察試樣的金相組織與滲層厚度，分析Al、 Zn對(duì)AZ91D鎂合金表面組織的影響，通過硬度測(cè)試對(duì)比分析不同條件下進(jìn)行表面擴(kuò)滲對(duì)鎂合金的硬度方面帶來的變化與影響，在利用腐蝕試驗(yàn)對(duì)基體和滲層的耐蝕性進(jìn)行了對(duì)比分析，為鎂合金的進(jìn)一步推廣應(yīng)用做一些基礎(chǔ)性的探索工作。2 實(shí)驗(yàn)方法及分析手段2.1 試樣

36、的制備試樣基體材料為AZ91D鎂合金板材，成分見表2.1。表2.1 AZ91D鎂合金的成分元素AlZnMnSiFeCuNiMg含量8.5-8.90.45-0.900.17-0.40.050.0040.0250.001Bal圖2.1 金相試樣切割機(jī)用切割機(jī)(圖2.1)將鎂合金塊切割成實(shí)驗(yàn)所需的形狀用金相試樣，再在金相試樣預(yù)磨機(jī)(圖2.2)上用砂紙將試樣六個(gè)面打磨光滑，清除其表面氧化膜，然后在金相試樣拋光機(jī)(圖2.3)上進(jìn)行拋光，制成10 mm10 mm10 mm的正方體和30 mm10 mm10 mm的長(zhǎng)方體試樣(圖2.4)。圖2.2 金相試樣預(yù)磨機(jī)圖2.3 金相試樣拋光機(jī)圖2.4 實(shí)驗(yàn)用試樣2

37、.2 配置滲劑圖2.5 Mg-A1二元相圖圖2.6 Mg-Zn二元相圖參照Mg-Zn和Mg-AI相圖（圖2.5，圖2.6）可知，鋅與鎂的共晶點(diǎn)溫度比鋁與鎂的共晶點(diǎn)溫度低，且鋅與鎂可以形成Mg2Zn3、MgZn2等多種共晶化合物，說明鋅與鎂更容易形成金屬化合物。滲劑為純鋁時(shí)Mg的原子半徑和電負(fù)性分別為1.72A，1.23V，Al的原子半徑和電負(fù)性為1.82A，1.47 V，Al原子半徑和電負(fù)性與鎂的相差均不大，并且從Mg-A1二元相圖上來看，Al元素在鎂基體中均有一定的固溶度且可以與鎂元素形成多種化合物，保證了滲層形成的首要基本條件。此外，趾是鎂合金中最常用的合金元素，且由文獻(xiàn)資料可知，鎂合金經(jīng)

38、擴(kuò)滲鋁處理可以提高合金的耐蝕性能。因此，本研究把鋁粉、鋅粉作為的擴(kuò)滲劑。配置實(shí)驗(yàn)所需滲劑按質(zhì)量配置比例如：下1)鋁粉100%， 2)鋁粉：鋅粉=1:1。圖2.7 電子天平用電子天平如圖2.7稱取鋁粉(300目)150g置于容器中作為擴(kuò)滲處理的滲劑Al；按照質(zhì)量比例1：1，稱取鋅粉(200目)100g，鋁粉100g置于坩堝內(nèi)用玻璃棒變換不同的方向攪拌1小時(shí)使它們盡量均勻。2.3 擴(kuò)滲工藝參數(shù)的確定2.3.1 擴(kuò)滲溫度通常鎂合金采用的固溶處理的溫度為0.90.95Tm，Tm表示鑄錠實(shí)際開始熔化溫度。本研究采用固溶溫度作為擴(kuò)滲溫度，如果溫度過高，易產(chǎn)生過熱組織，則將來的熱加工半成品組織粗大，使性能急

39、劇下降。溫度過低，則擴(kuò)滲速率較慢，時(shí)間要延長(zhǎng)，浪費(fèi)能源，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。根據(jù)以上分析，確定將本試驗(yàn)合金固溶處理溫度定為定為390、430和470。2.3.2 擴(kuò)滲時(shí)間擴(kuò)滲時(shí)間為溫度達(dá)到調(diào)節(jié)的擴(kuò)滲溫度后的保溫溫度分別取4h、6h和8h；2.3.3 擴(kuò)滲過程圖2.8 超聲波清洗機(jī)把打磨好的試樣放入盛有丙酮的燒杯內(nèi)，在超聲波儀器(圖2.8)去除表面油質(zhì)和別的雜質(zhì)，再在烘箱(圖2.9)內(nèi)烘干，然后把清洗過的試樣埋入有滲劑的坩堝內(nèi)并壓實(shí)，放進(jìn)溫度可控電阻爐(圖2.10)中，設(shè)定擴(kuò)滲溫度開始加熱，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的擴(kuò)滲溫度后，電阻爐會(huì)進(jìn)入保溫狀態(tài)，此時(shí)開始計(jì)時(shí)。即在不同的溫度下進(jìn)行不同時(shí)間的擴(kuò)滲處理。 圖2.9

40、 烘干箱 圖2.10 溫度可控箱式電阻爐2.4 組織分析和性能測(cè)試2.4.1 組織分析擴(kuò)滲層組織和擴(kuò)滲層厚度測(cè)試采用C2003BE金相顯微攝影儀和Quanta 250FEG掃描電鏡(SEM)，掃描電鏡如圖2.11所示。試樣觀察前用4%的硝酸酒精溶液浸蝕35s，觀察滲層厚度的試樣需要把觀察面拋光后浸蝕。圖2.11 掃描電鏡示意圖2.4.2 顯微硬度測(cè)試顯微硬度測(cè)試HVS-1000型數(shù)顯顯微硬度(圖2.12)計(jì)上進(jìn)行。每個(gè)試樣打5個(gè)點(diǎn)，求其平均值。所加載荷為0.98N，加載持續(xù)時(shí)間為30s。顯微硬度測(cè)試儀的壓頭要打在基體的晶粒內(nèi)部，而不是晶界上。圖2.12 HVS-1000型數(shù)顯顯微硬度計(jì)2.4.

41、3 失重腐蝕速率測(cè)定采用失重法測(cè)定鎂合金在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕速率。將試樣懸掛在濃度為3.5wt% NaCl溶液中96h，取出后用CrO3Ba(NO3)2+蒸餾水清除試樣表面的腐蝕產(chǎn)物，然后再用丙酮和無水酒精清洗，吹風(fēng)機(jī)吹干后在萬分之一的電子分析天平上秤取試樣前后的重量，平行試樣數(shù)量為3個(gè)，測(cè)試腐蝕速率后求其平均值。用下式計(jì)算腐蝕速率： (2-1)式中： v失重法腐蝕速率，g/m2h；腐蝕試驗(yàn)前金屬質(zhì)量，g；腐蝕試驗(yàn)后并去除腐蝕產(chǎn)物后的金屬質(zhì)量，g；試樣表面積，m2；腐蝕試驗(yàn)時(shí)間，h。2.4.4 電化學(xué)腐蝕性能測(cè)試電化學(xué)腐蝕性能采用RST5000電化學(xué)工作站，如圖2.13所示。采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極體系

42、，試樣為工作電極，鉑電極為輔助電極，甘汞電極為參比電極，在3.5wt%NaCl溶液中測(cè)定合金的塔菲爾曲線，通過擬合得出合金的腐蝕電位。所用試樣表面經(jīng)丙酮清洗，非測(cè)試面用硅橡膠密封。圖2.13 電化學(xué)工作站3 結(jié)果與討論3.1 AZ91D鎂合金滲層的表面形貌圖3.1 表面有坑洼試樣經(jīng)過上述指定時(shí)間的熱擴(kuò)滲處理后發(fā)現(xiàn)部分470的試樣表面出現(xiàn)坑洼現(xiàn)象如圖3.1，個(gè)別的還相當(dāng)嚴(yán)重幾乎全部燒毀，問題存在的可能性原因是在熱處理過程中滲劑沒能將沒能充分的試樣蓋嚴(yán)實(shí)，熱擴(kuò)滲溫度過高亦或者是電阻爐本身的封閉性達(dá)不到要求等原因。故需進(jìn)行二次燒制，改進(jìn)了上述可能的情況后用同樣的方法進(jìn)行燒制，燒制后獲得的試樣表面較好

43、，很少有表面坑洼現(xiàn)象3.1.1 原AZ91鎂合金試樣表面形貌圖3.2為原AZ91鎂合會(huì)的形貌特征，a為放大倍數(shù)較小的形念組織，可見為黑白相問的組織，根據(jù)前面分析可知，該組織是初生-Mg基體及晶界共晶體(由-Mg相和-Mg17A112相)組成，還有少量的二次相。圖b為放大倍數(shù)較大的顯微組織，可以清晰的看出，其中大塊的晶粒是先析出的-Mg固溶體，在先析出的-Mg固溶體的晶界處白色的并具有黑色輪廓線的相是非平衡凝固產(chǎn)生的-Mgl7All2相離異共晶體(共晶組織中的-Mg依附在原有先析出的-Mg相上)，-Mgl7All2相以不規(guī)則的塊狀分布在晶界上。 a (100) b (500)圖3.2 AZ91鎂

44、合金的組織形貌圖3.1.2 滲鋁后的AZ91D鎂合金表面形貌鎂合金經(jīng)過滲鋁后，其組織形態(tài)與原AZ91相比有了很大不同，其顯微組織如圖3.3所示。滲層組織出現(xiàn)了很多棒狀相，棒的直徑大約有幾個(gè)微米。組織中還分布著粒狀塊狀體。過度層組織與基體組織相比，發(fā)現(xiàn)組織中分布著許多分布物，有的呈塊狀，有的呈棒狀，較滲層的組織偏少。圖3.3 試樣組織形貌圖圖3.4是經(jīng)440，4h小時(shí)擴(kuò)滲處理后試樣截面的掃描電鏡照片，圖3.4a為滲層表面形貌，圖3.4b為測(cè)量的滲層厚度。可見，鎂合金表面形成了厚度約3m的滲層，且比較致密。在基體內(nèi)部，鋁含量低且相對(duì)平穩(wěn)，在滲層區(qū)域，Mg含量減少，A1含量急劇增加，這進(jìn)一步證實(shí)了通

45、過熱擴(kuò)滲處理后，Al元素?cái)U(kuò)散到鎂基體內(nèi)部，并形成了一定厚度的Al擴(kuò)滲層。 (a) 滲層表面 (b)滲層厚度圖3.4 AZ91D表面Al擴(kuò)滲組織與滲層形態(tài)圖中，AZ91D表面Al擴(kuò)滲組織表面白色組織為Al，有上圖看出，表面的Al擴(kuò)滲層已基本形成，只是厚薄不是很一致。但整體來看擴(kuò)滲層基本形成應(yīng)具有一定的保護(hù)能力。根據(jù)Mg-A1合金相圖，在平衡冷卻條件下當(dāng)Al含量超過12.7%時(shí)，Mg17A112的相對(duì)量隨Al含量的增加而增加。與AZ91D鎂合金基體相比，上圖中試樣表面的Al含量有所增加，隨著加熱溫度的提高和加熱時(shí)間的增加，滲層厚度有所增加，但由于加熱時(shí)間有限深層厚度增加不是很多。3.1.3 AZ9

46、1D鎂合金滲A1-Zn層的表面形貌由Mg-Al相圖和Mg-Zn相圖所示，Zn、Al元素均在鎂基體中具有一定含量的固溶度且可以和鎂元素形成多種化合物，這是形成滲層的首要基本條件(滲入元素必須能夠與基體金屬形成固溶體或金屬間化合物)。當(dāng)Zn、Al元素進(jìn)入基體后，存在于擴(kuò)滲層的形式只能是如下三種：與基體金屬形成固溶體或金屬間化合物層，或者固溶體與化合物的復(fù)合層。隨著擴(kuò)散時(shí)間從48 小時(shí)(468小時(shí))，鎂合金擴(kuò)滲合金層的顯微特征見圖3.5。從圖可見，首先出現(xiàn)的是最外層的灰白相區(qū)，從其斷續(xù)態(tài)的形貌特征可以推斷，該灰白相區(qū)的形成也是隨擴(kuò)滲時(shí)間延長(zhǎng)， 由萌生過程發(fā)展為斷續(xù)態(tài)，最后發(fā)展為連續(xù)態(tài) 從圖3.5可看

47、到最外層的白亮相和靠近基體的灰白相。當(dāng)擴(kuò)滲時(shí)間為8 小時(shí)，最外層為連續(xù)態(tài)的白亮區(qū)，而且厚度較4小時(shí)時(shí)明顯增加。 (a) (b)圖3.5 鎂合金390，4h，8h擴(kuò)滲合金層的顯微特征圖3.5中箭頭所指各區(qū)域1 仍為基體成分；箭頭所指各區(qū)域2 為A1、Zn含量更高的鎂基固溶體， 稱其為“過渡層”；箭頭3所指灰白相區(qū)為A16Mg10Zn 金屬間化合物；箭頭4 所指白亮相區(qū)為A15Mg11Zn4金屬間化合物。從圖3.4可知，隨著擴(kuò)散時(shí)間從468 小時(shí)， 白亮相區(qū)擴(kuò)大，相應(yīng)灰白相區(qū)縮小。擴(kuò)滲時(shí)間為8 小時(shí)的A15Mg11Zn4金屬間化合物較4 小時(shí)明顯增加，而A16Mg10Zn 金屬間化合物明顯減少。可

48、以推斷，在390擴(kuò)滲條件下，隨著擴(kuò)滲時(shí)間增加，首先形成最外層“過渡層”，時(shí)間再延長(zhǎng)，A16Mg10Zn 金屬間化合物由斷續(xù)狀變?yōu)檫B續(xù)狀，且同時(shí)向A15Mg11Zn4 金屬問化合物轉(zhuǎn)變，A15Mg11Zn4 比A16Mg10Zn 更穩(wěn)定。灰白相區(qū)是由過渡層發(fā)展而成的，白亮相區(qū)是由灰白相區(qū)發(fā)展而成的。下圖3.6為擴(kuò)滲溫度440，擴(kuò)滲時(shí)間為4小時(shí)條件下，鎂合金擴(kuò)滲合金層的顯微特征圖3.6表明擴(kuò)滲溫度高至440時(shí)，即使擴(kuò)滲時(shí)間為4小時(shí)，可快速形成白亮相呈連續(xù)的網(wǎng)狀分布特征的合金層區(qū)域，并沿晶界伸向基體。從圖3.6可知，是得到的反應(yīng)層主要為白亮相A15Mg11Zn4金屬間化合物。這主要是在較高擴(kuò)滲溫度下

49、，鎂合金晶界活性急劇增加，成為大量活性Zn、Al原子的快速擴(kuò)滲通道，使Zn、Al原子的擴(kuò)滲速度加快，尤其是Zn 原子的活性可能增加更大，極有利于白亮相A15Mg11Zn4型金屬間化合物形成。 圖3.6 鎂合金440，6h擴(kuò)滲合金層的顯微特征與滲層3.2 鎂合金表面熱擴(kuò)散機(jī)理的研究3.2.1 擴(kuò)滲層形成與擴(kuò)滲機(jī)制1、滲層的形成條件從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，鎂合金熱擴(kuò)滲處理后，在表面形成了化合物滲層，這就是反應(yīng)擴(kuò)散的結(jié)果。該反應(yīng)擴(kuò)散屬于多元反應(yīng)擴(kuò)散，其受制的因素很多，且過程十分復(fù)雜，難以精確描述具體的過程。與晶粒內(nèi)原予相比，晶界原子的跳躍頻率顯著增高，且躍遷激活能低，使得晶界擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)大于體擴(kuò)散系數(shù)48，晶

50、界擴(kuò)散比體擴(kuò)散容易得多，擴(kuò)散速度要快得多，而且溫度越低，晶界擴(kuò)散的作用越明顯47。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：無論是擴(kuò)滲純鋁粉還是擴(kuò)滲鋁鋅滲劑，都可以看出金屬化合物最初在晶界處形成，并且鎂合金擴(kuò)滲鋁鋅后，基體內(nèi)部的晶界周圍的削、Zn含量也較高，出現(xiàn)了延晶界分布的富AlZn歷區(qū)域。這說明在鎂合金擴(kuò)滲處理中晶界擴(kuò)散起主要作用。滲劑沿晶界擴(kuò)散的結(jié)果使擴(kuò)散組元或者反應(yīng)擴(kuò)散生成的化合物在晶界處的濃度高于晶內(nèi)，這一濃度差引起擴(kuò)散組元或金屬化合物由晶界處向晶內(nèi)擴(kuò)散，促進(jìn)晶內(nèi)擴(kuò)散的進(jìn)一步進(jìn)行。滲層的形成是通過熱擴(kuò)散技術(shù)得到的。此滲層是滲劑元素的原子向基體金屬中擴(kuò)散而形成的合金層，即金屬固溶體層或金屬間化合物層，或者是二者兼

51、有的滲層，所以形成滲層的首要條件就是滲入元素必須能夠同基體金屬形成固溶體或金屬問化合物；其次，欲滲元素與基材之間必須有直接接觸，這一般通過設(shè)計(jì)相關(guān)的工藝或創(chuàng)造必要的工藝條件來實(shí)現(xiàn)；第三，被滲元素在基體金屬中要有一定的滲入速度，否則在生產(chǎn)上就沒有使用價(jià)值，提高滲速的最重要手段之一就是將工件加熱到足夠高的溫度，使溶質(zhì)元素能夠有足夠大的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散速度。以上三個(gè)基本條件中，后兩者是通過優(yōu)化處理工藝來實(shí)現(xiàn)的，因此考察滲入元素能否同基體形成固溶體或金屬間化合物成為擴(kuò)滲處理前必須考慮的因素。按金屬學(xué)理論，影響固溶體或金屬間化合物形成的因素主要有49：原子相對(duì)大小，原子間的化學(xué)親和力，點(diǎn)陣類型以及相對(duì)原子

52、價(jià)。一般來說，溶質(zhì)和溶劑的原子尺寸差別越小越容易形成置換固溶體，并且所形成的固溶體的溶解度越大，HumeRother提出有利于大量固溶的原子尺寸條件為兩組元的原子半徑差不超過15%。當(dāng)然，原子半徑較小的元素在溶劑中可形成間隙固溶體，但固溶度是極小的，且能形成間隙固溶體的溶質(zhì)原子通常都是一些原子半徑小于0.1nm的非金屬元素。金屬之間的化學(xué)親和力大小可由其電負(fù)性之差來判斷，如果溶質(zhì)原子和溶劑原子的電負(fù)性相差很大，則往往容易形成比較穩(wěn)定的化合物；如果電負(fù)性之差不大時(shí)，隨電負(fù)性差值增加，異種原子間的親和力加強(qiáng)，有利于增大固溶度。此外，當(dāng)溶質(zhì)與溶劑金屬的點(diǎn)陣類型相同時(shí)，容易取得大的固溶度。相對(duì)原子價(jià)的

53、影響主要體現(xiàn)在電子濃度方面，當(dāng)形成固溶體時(shí)，溶劑金屬的電子濃度不能超過一定的數(shù)值。總的來說，鎂合金熱擴(kuò)滲處理過程中晶界是滲劑的快速擴(kuò)散通道，滲劑原子首先沿晶界擴(kuò)散，在晶界處富集，與基體Mg原子發(fā)生反應(yīng)，生成金屬化合物，使?jié)B劑原子和化合物在晶界處的濃度高于晶內(nèi)，在濃度羞的驅(qū)動(dòng)下，滲劑原子和化合物不斷向晶內(nèi)擴(kuò)散，隨時(shí)間的延長(zhǎng)生成的金屬化合物的量越來越多，擴(kuò)散進(jìn)行得也越來越充分，從而使得滲層不斷均勻和增厚。2、滲層形成機(jī)理擴(kuò)散滲層的形成機(jī)理由以下三個(gè)過程組成：第一：產(chǎn)生滲劑元素的活性原子并提供給基體表面。活性原子的提供方式包括熱激活能法和化學(xué)反應(yīng)法。除熱浸滲外，熱激活能擴(kuò)滲法能提供的活動(dòng)原子有限，滲

54、速較慢，主要用于熱浸滲(鍍)、電鍍滲、化學(xué)鍍滲、噴鍍滲和無活化劑的金屬粉末熱擴(kuò)滲。化學(xué)反應(yīng)法能不斷產(chǎn)生活性原子，熱擴(kuò)滲效率更高，是生產(chǎn)實(shí)際中普遍應(yīng)用的方法。此外，等離子體中處于電離態(tài)的原子也能提供所需要的活性原子(如離子滲氮、離子滲碳等)。第二、滲劑元素的活性原子吸附在基體金屬表面上，隨后被基體金屬所吸收，形成最初的表面固溶體或金屬間化合物，建立熱擴(kuò)滲所必須的濃度梯度。第三、滲入的金屬原子被金屬試樣表面吸附后，在其周圍立即產(chǎn)生滲入金屬的濃度差，它使?jié)B入的金屬原子向著垂直和平行試樣表面的方向擴(kuò)散，隨著滲金屬時(shí)間的延長(zhǎng)，零件吸收滲入的金屬原子的增長(zhǎng)，逐步形成滲金屬層。即擴(kuò)滲層成長(zhǎng)過程，簡(jiǎn)稱擴(kuò)散過程

55、。擴(kuò)散機(jī)理主要有三種：間隙式擴(kuò)散機(jī)理、置換式擴(kuò)散機(jī)理和空位式擴(kuò)散機(jī)理。前一種方式在滲入原子半徑小的非金屬元素(如滲碳、滲氮和碳氮共滲)時(shí)發(fā)生，后兩種方式主要在滲金屬時(shí)發(fā)生。滲入元素滲入基體金屬后，與基體形成連續(xù)固溶體的稱為純擴(kuò)散。而滲入基體金屬后在擴(kuò)散溫度下隨著金屬表面溶質(zhì)濃度的增加伴隨著形成化合物或者以它為基體的固溶體的擴(kuò)散稱為反應(yīng)擴(kuò)散。顯然，反應(yīng)擴(kuò)散只能在有限固溶的合金系中發(fā)生，而鎂鋁合金系即為有限固溶類型，隨著體系中鋁元素含量的增多，將有鎂鋁金屬間化合物生成。因此，鎂合金滲鋁的擴(kuò)散過程既有純擴(kuò)散過程又有反應(yīng)擴(kuò)散過程。反應(yīng)擴(kuò)散新相的形成有兩種情況：一是金屬表面與活性介質(zhì)中的活性原子直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并形成化合物，在金屬表面形成薄的化合物層，并將滲劑與金屬基體隔開，它的長(zhǎng)大必須借助活性原子通過表面化合物層的擴(kuò)散才能進(jìn)行。另一種情況是活性原子首先在金屬表面形成固溶體，當(dāng)溶質(zhì)元素的濃度達(dá)到飽和后，才在金屬表面形成化合物。在熱處理過程中，滲入元素屬于純擴(kuò)散還是反應(yīng)擴(kuò)散，以及在反應(yīng)擴(kuò)散中首先在表面形成有限固溶體，其后形成化合物