further kept w ar m for 2 h under the constant load of 32 M P a at 400 in the a t m osphere . T he surface m orphology , the structure and the phase component of the coating w ere exam ined by OM, SEM, ED S and XRD. T he m icrohardness and co rros ion resistance of the A Z91D a lloy co ating w ere m easured as w e l. l The resu lts show ed tha t a ho m ogeneous and dense Zn A l composite coating w as bonded tightly w ith the A Z91D a lloy m atr ix by for m ing a transition layer be t w een the m. Based on binary phase diag ram and the results of m asked po ints by EDS analysis , the structure o f eutectic phase in the M g /Zn interface w asM g2 Zn11 orM gZn2, and the struc ture o f eu tectic phase in the A l/Zn interface w as A l2 Zn3 ; the m icrohardness o f the ho t press ing treated coating w as up to 1360~ 1430M Pa , 1 7 to 2 . 4 ti m es re lative to that of the m atrix. A fter i mm ersing in 3. 5 % N aC l neutra l so lu tion for 72 h , the sign ifican t breakdown was not found on the coating of ho t pressing treated sa m ple , the island m icrostructure still ex isted and only slight sur face black pitting occurred on the surface of the coa ted samp le ; but the coating o f no hot pressing trea ted coating sa m ple w as pee led o ff flak ily , and cou ld not pro tect the exposed brightw hite m a trix ; si m ultaneously , the surface o fA Z91D sa m ple was g reatly da m aged , the floccu lent corro sion prod uctM g( OH ) 2 appea red in flaky and continuous corrosion pits w as a loose construction and d id no t have a pro tective effec t to the m a tr ix , so AZ 91D a lloy o f ho t pressing treated co ating show ed a significantly i m provem ent o f corro sion resistance . K ey word s : A Z91D m agnes ium a lloy ; vacuum evaporation; co rrosion resistance
图 1 真空蒸镀装置示意图 F ig . 1 Sche m atic diagra m o f the vacuum evaporation equ ipment ( 1) H er m etic g lass pav ilion ; ( 2) AZ91D M g alloy ; ( 3) G raphite e lectrode ; ( 4) Conductive co lumn; ( 5) A l o r Zn; ( 6) G raph ite cruc ible F ig . 2
摘 要 : 采用真空蒸镀的方法在 A Z91D 镁合金表面沉积了锌铝复合涂层 , 之后在大气环境中 , 400 , 32 M Pa 压力下保温 2 h 。 利用 OM, SEM,
ED S , XRD 对涂层的表面形貌 , 断层结构 , 表层物相组成进行观察和分析, 并对蒸镀锌铝涂层的镁合金 进行显微硬度测 试和耐蚀性试验。结 果表明 : 在 AZ91D 表面获得了均匀的锌铝复合涂层 , 涂层与基体间形成了相互扩散的过渡层 , 结合二元相图及各点的 ED S结果分析可知 , 在 M g /Zn界面形成的共晶相为 M g2 Zn11或 M gZn2 , 在 A l /Zn 界面 形成的 共晶 相为 A l2 Zn3 ; 热压 处理 的试 样表面 显微 硬度 达到 了 1360 ~ 1430 M Pa , 为基体硬度的 1 . 7 ~ 2. 4倍 ; 在 3 . 5 % 的 N aC l中性溶液中浸泡 72 h后 , 热压试样的涂层未发现明显破裂 , 岛状组织仍然存在 , 试样表面 只出现了少量黑色斑点状的腐蚀 , 未热压试样的涂层大片剥落 , 露出了亮白色的基体 , 涂层已起不到保护基体的作用 , 而 AZ91D 试样的基体 组织受到了很大破坏 , 腐蚀坑呈大片的连续状 , 并有团絮状的腐蚀产物 M g( OH ) 2 , 这种疏松的结构不具有防护作用 , 可见热压涂层使镁合金 表面的耐蚀性能得到了明显的改善。
表 1 AZ91D 镁合金化学成分 (%, 质量分数 )
Table 1 Ch e m ical composition of AZ 91D m agn esiu m a lloys (%, m ass fraction)
E lem en t C on ten t Al 9. 3200 Mn 0. 2000 Zn 0 . 6800 Si 0 . 0480 Cu 0 . 0010 Ni 0. 0005 Fe 0. 0031 Be 0 . 0010 Mg Ba. l
*
收稿日期 : 2009- 12 - 20; 修订日期 : 2010- 01 - 27 基金项目 : 山西省重 点 实验 室开 放基 金 ( 2008012013 ) , 山 西省 科 技攻 关 项目 ( 20090321071 ) , 太 原 市 2009 年科 技 明星 专 项项 目 ( 09121002) 资助 作者简介 : 冯世杰 ( 1982- ) , 男 , 山西临汾人 , 硕士研究生 ; 研究方向 : 镁合金表面改性 * 通讯联系人 ( E - m ai: l liangw _8643 @ qq . com )
关键词 : AZ91D 镁合金 ; 真空蒸镀 ; 耐蚀性 do:i 10 . 3969 /.j issn. 0258- 7076. 2010. 05. 010 中图分类号 : TG174. 444 , TG178 文献标识码 : A 文章编号 : 0258- 7076( 2010) 05- 0678- 06
[ 1]
素 , 它的加 入不会 增加 镁合金 回收 利用 的成本。 ( 2) 铝的氧化膜致密坚硬, 且在大气中具有自修复 性。 ( 3) 铝与其他金属形成的中间化合物 ( 如铝锌 合金, 铝镁合金 ) 可以显著提高镁合金的耐蚀性 , 还可以作为一种耐磨层存在
[ 12 , 13 ]
。由于铝镁的熔
点相近 , 它们之间的扩散比较困难 , 所以本文选用 熔点较低的锌作为中间过渡层 , 通过热扩散 来提 高基体与涂层之间的结合强度。
图 2 热压装置示意图 Sche m a tic diag ra m of the expe ri m en tal equ ipm en t ( 2) A Z91D M g a lloy ; ( 3) D ie ;
( 1) A l Zn m ixed pow der ;
1 实
1 . 1 材
验
料 10 mm 2 . 5 mm, 成分列于表 1 。
。
实验 采用的基 体材料是 铸造镁合 金 AZ91D, 尺寸为 10 mm 将试样分别用 600 号及 1000 号的 SiC 砂纸打磨并 抛光后 , 先用碱式除油剂除去表面油污, 再用 85 % 的 H 3 PO4 浸蚀 30~ 40 s , 去除表面氧化膜, 并用蒸 馏水清洗后浸泡在无水乙醇中备用。蒸镀所 用的 纯锌及纯铝均为铸态。 1 . 2 设 备 改进的 HUS 5GB 型真空镀膜机 ( 图 1), 自制 的热压模具 ( 图 2)。
5期
冯世杰等
A Z91D 镁合金应用中最轻的 金属结构材料 , 镁合金具有低密度, 高比强度和比模量 , 优异的阻 尼减震性能及良好的电磁屏蔽性能等优良的物理 特性。同时 , 镁合金还有回收耗能低 , 易于加工等 优点, 这使得其在航空、 汽车、3C 电子产品上的应 用比其他结构材料有明显的优势。我国作为 一个 镁储量大国, 对镁及镁合金材料的相关研究 有突 出的现实意义
Z inc A lum inum Co mposite Coating of AZ91D M agnesium A lloy by V acuum Evaporating T echnique
F eng Sh ijie, L iang W e i , Xue Jinbo (C ollege of M aterials Science and Eng in eering, T aiy uan University of T echnology, T aiy uan 030024 , China ) Abstract : Z inc A lum inum com posite coating on AZ91D a lloy w as successfu lly obta ined by using v acuum evaporation techn ique and