快速冷却下镁合金激光表面改性行为

第1章 镁合金材料的表面改性技术

 1.1 研究背景及意义

 1.1.1 镁及镁合金的应用

 1.1.2 镁及镁合金的特点

 1.1.3 镁合金表面改性的必要性

 1.2 镁合金表面改性的研究进展

 1.2.1 电化学方法

 1.2.2 气相沉积方法

 1.2.3 表面涂层方法

 1.2.4 激光表面处理

 1.3 镁合金激光表面改性的研究进展

 1.3.1 镁合金激光表面改性

 1.3.2 镁合金激光表面改性的快速凝固理论

 1.3.3 镁合金激光表面改性的研究进展

 1.4 小结

第2章 激光与镁合金的作用机理

 2.1 引言

 2.2 镁合金激光表面改性的特征

 2.3 镁合金对激光的反射与吸收

 2.4 激光与镁合金作用的能量转换快速冷却下镁合金激光表面改性行为

 2.5 激光作用于镁合金的热源模型及温度分布

 2.6 激光加热作用下镁合金的热力学行为

 2.6.1 热作用下的表面效应

 2.6.2 热作用下的粒子扩散

 2.6.3 热作用下的界面运动和界面稳定性

 2.7 小结

第3章 不同冷却介质中镁合金熔体的结晶凝固行为

 3.1 引言

 3.2 镁合金在不同冷却介质中的熔化凝固试验

 3.2.1 试验材料

 3.2.2 试验方法

 3.3 镁合金熔滴的微观组织

 3.3.1 不同冷却介质中的镁合金熔滴的微观组织

 3.3.2 不同冷却介质中的镁合金熔滴的物相

 3.4 镁合金熔滴的显微硬度

 3.5 小结

第4章 氩气冷却下的镁合金激光表面熔凝行为

 4.1 引言

 4.2 试验材料及方法

 4.2.1 试验材料

 4.2.2 试验设备及方法

 4.3 熔凝层(CAL)的宏观形貌

 4.3.1 熔凝层(CAL)的宏观形貌

 4.3.2 工艺参数对熔凝层(CAL)宏观尺寸的影响

 4.4 熔凝层(CAL)的微观组织演变

 4.4.1 熔凝层(CAL)的微观组织结构

 4.4.2 熔凝层(CAL)的物相

 4.4.3 熔凝层(CAL)的缺陷

 4.5 熔凝层(CAL)的表面性能

 4.5.1 熔凝层(CAL)的显微硬度

 4.5.2 熔凝层(CAL)的磨损性能

 4.5.3 熔凝层(CAL)的腐蚀性能

 4.6 小结

第5章 激光·液氮作用下的镁合金表面熔凝行为

 5.1 引言

 5.2 试验材料及方法

 5.2.1 试验材料

 5.2.2 试验设备及方法

 5.3 熔凝层(CLNL)的组织行为

 5.3.1 熔凝层(CLNL)的宏观形貌

 5.3.2 熔凝层(CLNL)的微观组织结构

 5.3.3 熔凝层(CLNL)的物相

 5.4 熔凝层(CLNL)的表面性能

 5.4.1 熔凝层(CLNL)的显微硬度

 5.4.2 熔凝层(CLNL)的磨损性能

 5.4.3 熔凝层(CLNL)的腐蚀性能

 5.4.4 熔凝层(CLNL)的断裂特性

 5.5 小结

第6章 激光·液氮作用下的镁合金表面激光熔覆异质材料

 6.1 引言

 6.2 试验材料及方法

 6.2.1 试验材料

 6.2.2 试验方法

 6.3 熔覆层的宏观形貌

 6.4 熔覆层的组织行为

 6.4.1 熔覆层的显微组织

 6.4.2 熔覆层的物相

 6.5 熔覆层的表面性能

 6.5.1 熔覆层的显微硬度

 6.5.2 熔覆层的腐蚀性能

 6.6 小结

第7章 镁合金激光表面改性机理

 7.1 引言

 7.2 改性层的熔池凝固行为及微观组织演变机理

 7.2.1 熔池的凝固行为

 7.2.2 微观组织演变

 7.3 改性层的改性机制

 7.3.1 晶粒细化

 7.3.2 位错运动

 7.3.3 固溶强化

 7.4 小结

参考文献

第1章镁合金材料的表面改性技术

1.1研究背景及意义

现代科学技术飞速发展，工业应用的需求对材料的要求越来越高，作为继钢铁材料、铝合金材料之后的第三大类金属工程材料——镁合金材料，以其轻质高强、节能环保等优势在21世纪的科学发展和工业应用中发挥着越来越重要的作用，因而被誉为“21世纪的绿色工程材料”。

1.1.1镁及镁合金的应用

自1775年镁的化合物被发现以来，镁及镁合金的发展及应用受到了越来越多的关注。特别是1886年，德国首次将镁应用于工业领域，之后镁及镁合金在工业上的地位及作用不可小觑。在汽车工业、轨道交通工业、航空航天工业、船舶工业、核工业、电子工业等领域，镁及镁合金材料所占比重越来越大。预计至2023年全球原镁消费量将增至181.4万吨，镁合金行业景气度持续向上。

镁合金在汽车行业的应用始于20世纪30年代，德国大众汽车公司将含镁合金材料的发动机用于甲壳虫轿车。自此，世界各国越来越重视镁合金材料在汽车领域的应用发展。20世纪80年代，美国福特公司将镁合金材料成功用在汽车离合器的踏板、支架及刹车器等上。之后，欧洲、北美及日本等也将镁合金材料在汽车上进行了多种尝试，如德国奔驰的V-8轿车上采用了镁合金框架座椅，日本丰田的汽车转向轴部分采用了镁合金材料。现在，仪表盘、变速箱、方向盘、座椅架、发动机罩、车顶板等多个汽车部件大规模采用了镁合金材料，使汽车极大地减重节能。

近年来，镁合金在电子产品领域的应用异军突起。亚洲各国特别是韩国和日本等研制开发的电子产品中镁合金的含量相当多，开始逐步取代塑料或铝合金外壳。例如，日本东芝在1997年上市的libretto系列便携式电脑，已采用了镁合金外壳和镁合金散热件，整机质量约为850g，系统的耗电量也随之大幅降低。20世纪末我国也开始重视镁合金材料在电子产品领域的应用。

航空航天是国家安全的重要组成部分，世界各国都对航空航天领域的材料和技术极为重视，这为镁合金材料的应用发展提供了有利的外部条件。最具代表性的是苏联的第一架月球车，采用镁合金材料制造而成，极大地减轻了重量。我国的“玉兔号”月球车，其桅杆驱动机构的关键部件由我国自主研发的新型镁合金材料制成。当前，镁合金材料已应用于航空航天领域。例如，MB5、MB8和MB15镁合金就已用于飞机操作系统，MB15镁合金板已用于飞机的舱门和连杆机构等部位，MB8和MB15镁合金常用于导弹的尾翼上。

本书在讨论激光与镁合金材料相互作用机制的基础上,利用激光高温加热·介质冷却技术,采用高功率激光在不同的冷却条件下对镁合金材料进行激光表面改性处理,以此为基础,研究了快速冷却下镁合金材料的结晶机理、组织变化规律、改性层非晶化行为,考察了改性层室温下的组织、化学及电化学腐蚀性能、耐磨性能、冲击和断裂韧性,并探讨了快速冷却下镁合金激光表面处理的改性机制。本书在讨论激光与镁合金材料相互作用的基础上，利用波长10.6mm的高功率CO2气体激光器对AZ31B镁合金进行激光表面改性，在不同的冷却介质中分别对其进行表面激光熔凝和激光熔覆处理，对比分析和研究了改性层的微观组织结构和表面性能，以此为依据探讨了镁合金激光表面改性的微观组织演变和改性机制。