激光喷丸对+AZ31B+镁合金电化学性能的影响.pdf

第1期(总第200期
机械工程与自动化
2017年2月
MECHA NICAL ENGNEERNG & AUTOMATON
文章编号:1672-6413(2017)01-0146-03
激光喷丸对AZ31B镁合金电化学性能的影响
张莹,葛茂忠,苏珊,孔恵,周泽,唐策
(江苏理工学院材料工程学院,江苏常州213001)
摘要:采用波长为1064nm、半高峰宽为15ns、光斑大小为で④mm、脉冲能量为10J、频率为5z的激光
对AZ31B镁合金板进行表面喷丸处理。采用显徵镜和透射镜观测激光冲击前后的微观结构。结果表明:
激光丸之后,在A/31B镁合企表雨制得晶粒大小在24m左右的纳米品;试样表雨粗糙度从2.36m降
为1.14pm;试样腐电位増大了51mV?腐蚀电流滅少了92.1%。激光喷丸处理后AZ31B镁合金抗腐蚀
能力的提高归因于激光喷丸诿导的品粒细化和表面粗糙度的下
关键词:瀲光喷丸;AZ31B镁合金;纳米晶;电化学性能
中图分类号:TG665:TG146.22
文献标识码:A
0引言
能,本文采用优化的激光参数对A731B镁合金进行喷
镁合金具有比强度高、吸振性能好和易回收等优丸处理,通过测定A731B镁合金激光冲击前、后的动
点,因而受到人们的普遍关注,但镁合金耐蚀性差,从电位极化曲线,探讨激光喷丸对AZ31B镁合金电化学
而限制了镁合金的推广和应用"。目前,人们已经采性能的影响;为了研究其影响机迎,对激光喷丸后的微
用机械表面改性处理方法如等径角挤压和表面机械研观结构和表面粗糙度进行了测定。
磨等来提高镁合金抗腐蚀的能力,同时保持镁合金原
实验过程
有的优秀性能
1.1试样制备
激光喷丸作为一种全新的表面改性技术,利用激
试样采用厚度为2.2mm的A731B变形镁合金
光诱导产生的高压冲击波冲击靶材表面.使靶材表层薄板,其化学成分和力学性能如表1所示。激光喷丸
材料发生刷烈的朔性变形,从而改变试样表层的微观前,试样表面用金相砂纸打磨,接着用内唰清洗,然后
结构,并残留压应力2。与传统的机械喷丸、等径角挤再用电吹风吹十。动电位极化曲线测量用试样尺寸为
压及表面机械研磨等加工方法相比,激光喷丸具有超
0mmX10mmX2mm。动电位敝化曲线测量时的
高压力、超快、超高应变率和无污染等优点。目前,工作面尺寸为10mm×10mm,从工作面的背面引出
人们已经开展了激光喷丸Az31B镁合金的研究。李测试用导线,除工作面外?用704徒胶封装其他表面。
杨等致力于激光喷丸后AZ31B镁合金品粒直径细化动电位极化曲线测量用试样如图1所示。
率研究。张永康等研究了激光在AZ31B镁合金中
表1AZ31B镁合金化学成分和力学性能
诱导产生冲击波的相对压力、平均传播速度和冲击波
化学成分(质量分数)(%)
力学性能
Al Ma Zn Fe Si Be。cua(MPa)la.a(MPa〉ba6
峰压衰减规律及激光喷丸后A731B镁合金在碱性3.90340.s10.020.010.00300
蒸馏水中抗应力腐蚀能力。于水生等用验证明有
实验设备及过程
约束层的冲击波峰值压力是无约束层时的8倍左
激光喷丸实验
右。黄舒等采用激光喷丸来提高AZ31B镁合金的
激光喷丸采用法国 Thales公司生产的Nd:YAG
疲劳寿命。赵建飞等通过疲劳性能数值分析模型
强激光试验装置,激光波长为1064nm,半高峰宽为
证明激光喷丸能有效延长AZ31B镁合金的疲劳寿15ns,光斑大小为mm,脉冲能量为10J:采用水作
命·。葛茂忠等利用激光喷丸处理来提高A731B镁为透明的约束层.约束层的厚度为3mm;采用0.1mm
合金的拉伸性能、断裂初性和抗应力腐蚀性能。厚的铝箔作为吸收层,激光光斑搭接率为50%:激光
但激光喷丸诱导AZ31B镁合金表层纳米化后的电化喷丸方向垂直于板材的轧制方向。
学性能研究鲜有报道
1.2.2微观结构和表面粗糙度测量
为了研究激光喷丸后A731B镁合金的电化学性
采用XJL-02立式光学显微镜观测AZ31B镁合金
苏省高等学校大学生创新训练项目(201511463043X):江苏省自然科学基金面上项目(BK20151171)
收稿日期:2016-04-19:修订日期:2016-11-29
作者简介:据),女,江苏苏州人,在读本科生,专业为材料成取及控制工程
2017年第1期
张莹,等:激光喷丸对A/31B镁合金电化学性能的影响
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丹材的微观结构;采用JEM-2100透射电镜观测激光显的钝化区域,而激光喷丸试样不仅出现了明显的钝
丸后AZ31B镁合金的微观结构;采用 Axio CSM化区域,而且钝化膜击穿电位获得了提高,这也说明激
700真彩色共聚焦显微镜测量激光喷丸前后AZ31B光喷丸提高了AZ31B镁合金抗腐蚀的能力
镁合金表面粗糙度。
图1动电位极化曲线测量用试样
动电位极化曲线的测量
umi
采用CH1660B型电化学工作站和二.电极测量系
图2AZ31B镁合金图3AZ31B镁合金激光喷丸
统测定A731B镁合金激光喷丸前后的动电位极化曲
母材的微观结构
表面的TEM像和相应
线。在三电极测量系统中,饱和甘汞电极(SCE)为参
选区的SAED
比电极,P电极为辅助电极,用704硅胶封装
AZ31B变形镁合金作为工作电极,工作面面积为
cm2。实验溶液采用质量分数为3.5%的NaC!水溶
液,浴液的pH偵控制在7左右。测量在室温下进行
测量时按0.5mVk的速度对试样进行动电位扫描,?7
电位扫描范围取-1.9V~-1.2V
实验结果与分析
91.81.71.61.514131.21.91.8171.61.51.41.31.2
E/V
2.1微观结构分析
(a)激光喷丸前
(b)激光喷丸后
AZ31B镁合金母材的微观结构如图2所示。从
图1激光喷丸前、后AZ31B镁合金试样在3.5%
图2可以看出:AZ31B镁合金母材主要由a-Mg基相
NaCl溶液中的动电位极化曲线
和少量沿晶界析出的B- Mg7 A127相组成,晶粒呈等轴2.4激光喷丸后AZ31B镁合金抗腐机理分析
状,尺寸大小在18pm左右。
激光喷丸后,A731B镁合金抗腐蚀能力的提高主
激光喷丸后A731B镁合金表面的TEM像及相要归功于两方面
应选区的电子衍射图像(SAED)如图3所示。从图3
(1)晶粒细化。K.D. Ralston等人研究结果表
可以看出:激光喷丸处理后,试样表面由等轴状的纳米明晶粒大小与腐蚀电流之间存在如下的关系
品粒组成,纳米品粒的大小在24m左右:大部分品
Lmrr=a-bx(g)
界清晰可,极小部分晶界不太清晰是由于塑性变形其中:or为腐蚀电流,A(em;A和B均为常数;s为
导致的位错缠结和晑格畸变造成的。由相应选区的电平均品粒尺寸,4m。由公式(1)可以看出:品粒尺寸越
子衍射图谱(SAED)可以看出:电子衍射环比较连续小,材料腐蚀电流也就越小,说明材料抗腐蚀能力也就
和完整,表明品粒细小、品粒的取向随机,说明大角度越强。这是因为晶粒尺寸越小,单位体积内的晶粒数
品界已经形成。由图2和图3可知,当采用上述激光目就