AZ31/LA141搅拌摩擦搭接焊工艺及性能研究

借助体视镜、光学显微镜、万能试验机和维氏显微硬度计探究不同旋转速度对AZ31/LA141异种材料搅拌摩擦搭接焊接头组织、显微硬度和剪切性能的影响。结果表明:当焊接速度为0.1 m/min,旋转速度为1400~1800 r/min时,焊缝质量良好,无明显缺陷。同一焊接参数下,上层AZ31和下层LA141的前进侧热影响区晶粒尺寸均大于后退侧,而前进侧热机影响区晶粒尺寸的变化趋势小于后退侧。前进侧热机影响区晶粒尺寸随旋转速度的增加而增加。当旋转速度增大时,上层AZ31和下层LA141的显微硬度均增大,焊核区的显微硬度最大值为68.2HV。搅拌摩擦搭接焊接头的拉剪力先增后减,当焊接速度为0.1 m/min,旋转速度为1600 r/min时,拉剪力达到最大值2313.5 N。

AZ31/LA141搅拌摩擦搭接焊接头的组织与力学性能

为了扩大搅拌摩擦搭接焊在镁合金异种材料的市场应用范围,采用搅拌摩擦搭接焊工艺对AZ31镁合金和LA141镁锂合金进行焊接。借助光学显微镜、维氏硬度计和万能试验机等仪器设备研究了搅拌摩擦搭接焊接头的显微组织,测试了接头的显微硬度和剪切拉伸。结果表明,当旋转速度为1800 r/min,焊接速度在80~120 mm/min之间时,AZ31/LA141搅拌摩擦搭接焊成形良好,无明显缺陷。在相同的焊接工艺参数条件下,上层AZ31和下层LA141前进侧热机影响区的晶粒尺寸均小于后退侧热机影响区的晶粒尺寸,而前进侧热影响区却与之相反,其晶粒尺寸均大于后退侧热影响区的晶粒尺寸。当焊接速度变大时,上层AZ31和下层LA141前进侧热机影响区的晶粒尺寸均随之变小。上层AZ31和下层LA141焊核区的显微硬度值变化趋势不同,前者先变大后变小,而后者却呈现变大的趋势。AZ31/LA141搭接接头拉剪力随着焊接速度的增加呈现先增加后减小的趋势。

AZ31镁合金固态扩渗La2O3+Zn渗层组织演化过程研究

通过在AZ31镁合金表面固态扩渗La 2O 3+Zn,研究扩渗层的组织演化特征,揭示La 2O 3在扩渗过程中的作用机理。对AZ31镁合金在390℃下进行4 h的表面固态扩渗La 2O 3+Zn粉末,La 2O 3在扩渗剂中的质量分数分别为0.0%、0.2%、0.4%、0.6%。通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪,研究随La 2O 3含量的变化,渗层的形貌特征和物相组成的变化规律。随扩渗剂中La 2O 3含量的增加,渗层组织发生了明显的变化。当扩渗剂中无La 2O 3时,AZ31镁合金表面无渗层出现;当扩渗剂中La 2O 3的质量分数为0.2%时,在AZ31镁合金表面可观察到有明显的渗层,渗层主要由Mg 0.97 Zn 0.03+MgZn+Mg 2Zn 3+MgZn 2组成。当La 2O 3在扩渗剂中的质量分数超过0.4%以后,AZ31镁合金基体消失,渗层组织中的物相不再发生变化,Mg 2Zn 11+Mg 0.97 Zn 0.03+MgZn+Mg 2Zn 3+MgZn 2主要存在于渗层中。随扩渗剂中La 2O 3含量的增加,渗层组织变得粗大,Mg 0.97-Zn 0.03和Mg-Zn化合物分别减少和增加,渗层中主要物相为MgZn。建立了AZ31镁合金表面固态扩渗La 2O 3+Zn粉末的扩散物理模型,扩渗过程中主要是Zn原子的扩散,Zn在AZ31镁合金表面的扩散机制为空位扩散。分析了扩渗剂中不同含量的La 2O 3渗层的组织演化和作用机理,发现La 2O 3在扩渗过程中起到了催化剂的作用,增强了Zn原子的活动能力,在相同的外界扩渗条件下,La 2O 3促进了Zn与Mg发生反应从而扩散形成不同的Mg-Zn化合物。

扩渗时间对镁合金表面扩渗Zn+La2O3组织与性能的影响

在390℃对AZ31镁合金进行固态扩渗Zn+La2O3(扩渗剂中La2O3质量分数为0.4%)处理,扩渗时间分别为0、2、4、6h。研究了不同扩渗时间下镁合金表面渗层组织的变化,并测试了镁合金表面扩渗层的硬度和耐腐蚀性能。结果表明:当扩渗时间为2h时,未出现扩渗层;当扩渗时间为4h时,扩渗层中出现了Mg0.97Zn0.03固溶体和Mg-Zn化合物(MgZn+Mg2Zn3+MgZn2+Mg2Zn11)。随着扩渗时间的延长,使得Zn原子的扩渗能力增强,Mg和Zn反应扩散形成了多种化合物,在AZ31镁合金表面得到了扩渗层。当扩渗时间为6h时,Mg7Zn3作为一种新相出现在了扩渗层中,同时,扩渗层组织粗化。扩渗试样的硬度随扩渗时间的增加而增加,而耐腐蚀性能在扩渗时间为4h时为最佳。

AZ31+xLa镁合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀机理研究

通过腐蚀失重、电化学测试、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和金相显微镜(OM)等实验手段,研究了AZ31+x La镁合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀机理。结果表明:随La含量的增加,合金腐蚀速率先增大后减小,腐蚀电位负移,腐蚀电流密度先升高后降低,新相Al_(11)La_3的析出使β相更细小且分布更加均匀。其中AZ31+1.1La的晶粒尺寸最小,自腐蚀速率和腐蚀电流密度最小,耐蚀性最强。168 h的自腐蚀速率较AZ31下降28.59%,腐蚀电流密度为1.03×10^(-6)A/cm^2,较AZ31降低了一个数量级。

La2O3对AZ31镁合金固态扩渗Zn的组织与性能影响

在390℃对AZ31镁合金进行表面固态热扩渗La2O3+Zn粉末4 h,La2O3在扩渗剂中的质量分数分别为0、0.2%、0.4%、0.6%。研究了添加不同质量分数扩渗剂下镁合金表面渗层组织的变化,测试了镁合金表面扩渗层的硬度和在3.5%的NaCl溶液+石英砂中的冲刷腐蚀磨损性能。结果表明,当未加入渗剂时,Zn原子扩散能力不足,未出现渗层。当加入0.2%的扩渗剂时,Zn原子扩散能力增强,扩渗层中会出现不同的Mg-Zn化合物(Mg0.97Zn0.03+β-Mg17Al12+α-Mg+MgZn+Mg2Zn3+MgZn2),La2O3在扩渗过程中起到了催化剂的作用。当扩渗剂中La2O3的质量分数超过0.4%时,AZ31镁合金基体消失,渗层中的物相数量保持不变。La2O3含量越高,组织越粗化,组织的变化导致硬度和冲刷腐蚀磨损性能发生变化。硬度随渗剂中La2O3含量的增加而增加,而冲刷腐蚀磨损性能在La2O3质量分数为0.2%时最佳。