镁及镁合金表面固态扩渗合金化的机理研究

作     者：张远芬 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马幼平

授予年度：2005年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：镁及镁合金 表面合金化 扩散机制 金属间化合物 

摘      要：本文采用固念扩渗法对镁及镁合金进行表面合金化改性处理,在镁表面(扩渗剂为锌粉)和镁合金(ZM5)表面(扩渗剂为锌、铝混合粉)生成合金化渗层,探讨固态扩渗合金层的形成机制以及温度、时间等不同工艺条件之间的内在联系和影响规律,为镁及镁合金表面合金化改性处理的工艺参数优化提供依据。 实验采用光学金相显微镜(OM)及扫描电镜(SEM)观察不同条件下扩渗层的显微组织和形貌,通过能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XDS)分析其成分和结构特征,研究了不同工艺条件下扩渗过程中的合金化机制,在相应的扩散数学模型的基础上,分析了扩渗温度、时间对渗层成分、厚度及组织形貌的影响,并提出了镁及镁合会表面渗层均匀化的方法,为后续研究提供了方向。 研究结果表明:(1) 随不同的工艺条件(主要是扩渗温度和保温时间),所得渗层的化学成分、相结构、组织形貌及厚度均发生相应的变化,试样表面渗层逐渐由单一的固溶体区发展成固溶体区+反应相区。要得到最理想的渗层,扩渗温度和时间都有一个最佳的范围:镁表面扩渗锌粉的最佳的扩渗温度为400℃～420℃,最佳扩渗时间为8～12h;ZM5表面扩渗锌铝粉的最佳扩渗温度为430℃～450℃,最佳扩渗时间为4h～12h。在最佳的扩渗温度及时间范围内,渗层均由连续的反应相区和固溶体区共同组成;(2)渗层的形成过程大致都可分为以下几个步骤:①渗剂的活性原子吸附于基体表面;②渗剂活性原子穿越接触界面进入基体表层形成具有一定宽度的固溶体区;③随着扩渗时间的延长,渗剂活性原子不断向基体内部扩散,当渗剂元素浓度达到一定值时,基体表面形成微量的不连续的金属间化合物;④随着扩散的进一步进行,金属间化合物的数量越来越多,最终形成连续的金属间化合物层,并向基体内部长大;(3) 在以上几个步骤中,扩散是形成扩渗合会层的关键环节。随着扩渗温度的变化,体扩散和晶界扩散对扩渗过程的影响程度也发生相应的变化:扩散温度低时,扩散速度慢,晶界扩散的作用相对于体扩散更为明显,扩散优先沿晶界进行;扩散温度较高时,扩散速度快,晶界扩散的作用和体扩散的作用差别不明显,扩渗过程中体扩散和晶界扩散的程度相近。