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提高镁合金抗腐蚀性能的有效措施

      镁合金在汽车、电子、电器、交通、航天、航空和国防军事等领域具有广阔的应用前景和极其重要的经济价值。但是镁合金的电极电位非常负(-2.34 V),且Mg的氧化膜一般都比较疏松多孔,有很高的化学和电化学活性,因此其化学稳定性低、抗腐蚀性能差,另外,镁合金的硬度低,耐磨性能较差,这些缺陷在一定程度上也制约了镁合金的广泛应用。因此,如何从满足工业应用的角度有效地提高镁合金的耐磨抗蚀性能,成为当今镁合金材料开发研究中急待解决的关键技术难题。
  我国装甲兵工程学院采用高速电弧喷涂技术在镁合金表面制备铝基非晶纳米晶复合防护涂层,取得很好的效果。高速电弧喷涂技术具有优质、高效、低成本、喷涂作业面积大、可产业化应用等特点,已成为制备防腐耐磨涂层的重要表面防护手段之一。在高速电弧喷涂过程中,熔融态的喷涂粒子具有极高的冷却速率,容易获得非晶纳米晶复合涂层,且涂层沉积效率高、成本低。因此,采用高速电弧喷涂技术在镁合金基体表面制备铝基非晶纳米晶复合防护涂层,对解决镁合金零件表面防腐耐磨问题具有重要的理论意义和应用价值。他们所采用的基体材料为AZ91镁合金(含8.3~9.7%Al,0.35~1.0%Zn,0.15~0.5%Mn,0.1%Si,0.005%Fe,0.03%Cu,0.002%Ni),采用自动化高速电弧喷涂技术,成功制备了Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层。涂层各个区域的组织均匀、致密。呈现典型的层状结构特征,层与层之间结合紧密,没有裂纹存在,涂层和基体结合良好,结合处没有明显的孔隙和裂纹。涂层与基体的结合方式主要以机械结合为主,但微区冶金结合也起着一定作用。孔隙率约为1.8%;结合强度为26.8 MPa;平均显微硬度值约为311.7 HV,是AZ91镁合金的5倍。涂层由非晶相中弥散分布尺寸为10~80 nm纳米晶相、少量微晶的结构组成。
  实验表明,Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的耐磨性为AZ91镁合金的6倍。磨损量较低。这是由于涂层中非晶相中弥散分布有α-A1相等纳米晶粒,这些纳米晶粒在一定程度上可以起到弥散强化作用,在磨损过程中阻止材料的裂纹扩展,使得铝基非晶纳米晶复合涂层具有良好的抗磨损性能。
  5%NaCI水溶液中的耐腐蚀性能测试结果显示,Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的耐腐蚀性能比AZ91镁合金材料优异得多。其自腐蚀电位值正于AZ91镁合金,自腐蚀电流密度值约为AZ91镁合金的1/5。其腐蚀后的表面形貌比AZ91镁合金要平整,点蚀较少。Mg活性强,因此镁合金材料很容易发生氧化,在其表面形成一层氧化膜,但是这层氧化膜对氯离子侵蚀的抵御作用很微弱,易遭到破坏。而在Al-Ni-Y-Co涂层中,存在非晶、纳米晶和微晶相结构,在非晶基体上存在弥散分布的纳米晶相。非晶相没有晶界和缺陷,具有良好的耐腐蚀性能;纳米晶相的存在,能促进钝化膜的形成,阻止腐蚀进一步发生。而熔滴在飞行过程中形成的氧化膜,与这种复合结构交替,构成了Al-Ni-Y-Co复合涂层,使其具有优异的耐腐蚀性能。
                    
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