鎂合金鑄件耐蝕性較差，惡劣環(huán)境下的零部件易發(fā)生腐蝕失效，成為制約其更廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。目前常用的防腐措施都存在不同程度的局限性，特別是對(duì)復(fù)雜外形的鎂合金鑄件11~41.因此，研究新的表面防腐技術(shù)成為擴(kuò)大鎂合金鑄件應(yīng)用范圍的重要課題。
采用鑄造法對(duì)鑄件進(jìn)行表面改性，工藝簡(jiǎn)單不需要特殊設(shè)備，在燒注過程中直接完成。OlivierBeort等151利用壓力鑄造工藝制備了高體積分?jǐn)?shù)SiC顆粒強(qiáng)基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（50775085）化鋁基復(fù)合材料，并且研究了在預(yù)制塊與熔體界面加入Mg對(duì)界面組織的影響，以及加入Cu、Zn對(duì)復(fù)合材料層強(qiáng)度的影響。D.Coupard等16在利用壓力鑄造工藝制備CuSm2合金為基體材料的復(fù)合材料，重點(diǎn)研究了制備預(yù)制塊時(shí)粘結(jié)劑的種類和石墨、鋁粉的體積分?jǐn)?shù)，認(rèn)為二者對(duì)鑄滲層質(zhì)量有很大影響。LMPeng等171在施加壓力為0.93MPa的條件下制備Si3，-Al基復(fù)合材料，結(jié)合界面最高斷裂強(qiáng)度可以達(dá)到8.2MPa研究了壓力鑄滲下氣孔的控制及復(fù)合材料的界面反應(yīng)，認(rèn)為反應(yīng)程度隨著鑄滲溫度的提高而增加。本文利用消失模鑄造工藝，采用一定的真空度來增大熔融基體的浸滲驅(qū)動(dòng)力，在鎂合金的表面通過液-固相反應(yīng)制備復(fù)合層。在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上八用金屬鋁粉作為合金化材料匕一-乙打一-心之。
系低溫玻璃粉為陶瓷化材料，最終在鑄件表面獲得合金化/陶瓷化復(fù)合層。
1試驗(yàn)1.1試驗(yàn)材料基體材料選擇AZ91D鎂合金，其化學(xué)成分w（%）鎂；選擇金屬鋁粉作為合金化材料，鋁粉顆粒尺寸為0.15mm，選擇PbO-ZnO-Na2系低溫玻璃粉作為陶瓷化材料，分別配制合金化、陶瓷化涂料進(jìn)行鎂合金鑄件表面復(fù)合改性研究。
1.2表面復(fù)合層的制備用既定的泡沫制備模樣，其尺寸為50mmX70mmX50mm，直燒道尺寸為冷膠粘接成形。在泡沫模樣表面均勻涂刷制備好的特種涂料，首先在模樣表面涂刷一層由鋁粉配制的合金化涂料，等其干燥后，在合金化涂料表面涂刷由低溫玻璃粉制備的陶瓷化涂料。每一次涂料的厚度根據(jù)要求和其他工藝參數(shù)來確定。最后浸涂消失模涂料，在50°C烘干，用于澆注試驗(yàn)。工藝參數(shù)為：鎂合金的澆注溫度800真空度一0.06MPa在高溫下澆注，聚苯乙烯模樣發(fā)生軟化，裂ft解熔融的金屬液首先與表面的合金化涂料接觸，涂料中的粘結(jié)劑受熱燃燒，金屬鋁粉熔化并向基體擴(kuò)散，熔化的鋁粉和基體中的鎂發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)金屬間化合物，形成合金化層。然后外層的低溫玻璃粉在熱作用下熔化，隨著溫度下降會(huì)在鑄件表面形成一層陶瓷層，并且與合金層之間結(jié)合良好。復(fù)合層形成原理圖及最終鑄件表面組織示意圖如。
鑄件表面制備的復(fù)合層通過掃面電鏡進(jìn)行觀察，分析表面合金層組織特征、陶瓷層形貌。線掃描和能譜測(cè)試用于分析表層至基體主要元素分布情況，揭示復(fù)合層的形成過程和影響因素。顯微硬度的測(cè)量在HV-1000型顯微硬度計(jì)上進(jìn)行。
2試驗(yàn)結(jié)果及討論2.1鑄件表面復(fù)合層組織結(jié)構(gòu)不同涂料厚度條件下澆注得到的鑄件表面復(fù)合層微觀結(jié)構(gòu)。通過在模樣的表面涂刷合金化和陶瓷化兩層涂料，等鑄件凝固后在表面分別形成合金層和陶瓷層的復(fù)合層。當(dāng)涂料厚度不同時(shí)，得到的復(fù)合層形貌也有所區(qū)別。a是模樣表面合金化、陶瓷化涂料厚度分別為0.2、1.5mm得到的復(fù)合層組織結(jié)構(gòu)，在表面得到200Mm左右厚度的陶瓷層，在陶瓷層與基體之間形成合金化層。當(dāng)涂料厚度發(fā)生變化時(shí)，鑄件表面的陶瓷層厚度與合金化層中第2相體積分?jǐn)?shù)隨之也發(fā)生變化，如b.當(dāng)合金化涂層較薄時(shí)，由于熔體潛熱可以使涂料中的金屬鋁粉充分熔化，并且在高溫狀態(tài)下保持的時(shí)間較長，因此熔化的鋁粉可以在基體中長距離的擴(kuò)散，并且和熔融的基體發(fā)生反應(yīng)生成第3相，在生成第2相數(shù)量一定的情況下，擴(kuò)散越充分，第2相在表層基體上的分布就越疏松。當(dāng)合金化涂料完全熔化后，熱量就會(huì)傳遞給外層的陶瓷涂料，低溫的玻璃粉達(dá)到熔點(diǎn)后熔化，然后和合金層形成結(jié)合界面。當(dāng)合金化涂料增厚時(shí)，澆注溫度不變，合金化涂料完全熔化需要較多的熱量，因此熔化的鋁粉在高溫下停留時(shí)間縮短，并且金屬鋁粉的質(zhì)量增加，生成第2相也隨之增加，所以在合金化層中第2相的體積分?jǐn)?shù)就明顯提高。最后外層的低溫玻璃粉在余熱作用下熔化，最終在鑄件的表面形成一定厚度的陶瓷層。制備復(fù)合層時(shí)，根據(jù)不同的工藝參數(shù)，應(yīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整合金化、陶瓷化涂料的厚度，涂料太薄，生成的復(fù)合層不能給基體提供保護(hù)，太厚會(huì)導(dǎo)致涂料熔合不充分，生成的復(fù)合層質(zhì)量較差。
2.2鑄件表面復(fù)合層成分分析為了研究從表面陶瓷層、合金層至合金基體各元素的分布變化，對(duì)復(fù)合層進(jìn)行線掃描分析，如所示。陶瓷層成分以PbO-ZnO-Na2O系低溫玻璃粉為主，主要含有O、Na、Zn、Pb元素，在陶瓷層與合金層的結(jié)合界面處，氧元素含量明顯提高，主要是由于在界面含有一定量的氧化物夾雜。從鎂、鋁元素分布曲線看，除了鋁元素在界面附近有少量的向陶瓷層擴(kuò)散外，鎂元素幾乎沒有向陶瓷層擴(kuò)散，在界面處成分發(fā)生突變。然而，從陶瓷層至合金層的轉(zhuǎn)變過程中，發(fā)現(xiàn)低溫玻璃粉的成分沒有發(fā)生突變的現(xiàn)象，這可以從Pb、Zn、Na元素成分分布曲線看出，特別是Pb、Zn元素的變化趨勢(shì)是一個(gè)逐漸降低的過程。這說明在表面復(fù)合化的過程中，外面的陶瓷涂料在熔化后，向合金層擴(kuò)散，使界面實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，這有利于提高界面的結(jié)合強(qiáng)度。I不同合金化涂料厚度制備的復(fù)合層表面復(fù)合層成分線掃描復(fù)合層XRD分析Fig.消失模的鑄造雖然工序簡(jiǎn)單但金屬液體充型的過程很難控制，特別是表面復(fù)合化過程中諸多因素的影響。如果工藝控制不當(dāng)就會(huì)帶來很多缺陷，如中所示，主要原因有兩個(gè)方面：一方面是在充型過程中，低溫玻璃粉受到?jīng)_刷，被卷入熔體中形成夾雜，另一方面是由于澆注溫度較高，鎂合金很容易氧化，氧化物一旦卷入到熔體當(dāng)中，凝固后就成為夾雜。因此，如果制備高質(zhì)量的復(fù)合層，工藝必須嚴(yán)格控制，降低涂料沖刷以減少缺陷，控制熔體氧化，澆注時(shí)徹底排渣，避免氧化夾雜在澆注過程中卷入熔體。總之消失模鑄造工藝的控制必須有一定工藝設(shè)備作為前提，然后再通過控制工藝參數(shù)來獲得較佳的結(jié)果。
是表面復(fù)合層的XRD分析，AZ91D鎂合金基體主要有a-Mg與P-vAlnMgn組成，而合金層除了原來的相，還新生成AbMg2、Al、MgZn相，這主要是因?yàn)樵诤辖鸹倪^程中，金屬液與合金化涂料接觸并使其熔化，在界面處鋁含量較高，由Mg-Al二元相圖可知，主要生成的產(chǎn)物為AbMg2、Al，在鋁含量較低的地方生成金屬間化合物P-AlMg，如a.b是表面陶瓷層的XRD衍射分析，結(jié)果表明低溫的玻璃粉在受熱后發(fā)生晶化現(xiàn)象，生成多種氧化物相，從熱力學(xué)角度看，非晶態(tài)處于較高自由能的亞穩(wěn)狀態(tài)，在適當(dāng)?shù)臈l件下，必定向能量較低的亞穩(wěn)非晶態(tài)或能量更低的平衡晶態(tài)轉(zhuǎn)變。因此外層的低溫玻璃粉預(yù)制層在受到金屬液體的傳熱后，使體系的能量降低向晶態(tài)轉(zhuǎn)變，在鑄件表面生成由氧化物組成的陶瓷層。
2.3鑄件表面復(fù)合層性能分析所示的是不同工藝得到表層組織對(duì)應(yīng)的顯微硬度，表面單一合金層硬度從表層至基體的變化比較緩慢，最高達(dá)到170HV左右，逐漸降至與基體相同的硬度，形成的合金層大約300 ~500Mm厚。由于單一的陶瓷層與基體之間有明顯的界面，所以硬度變化明顯，直接從表面陶瓷層的硬度500HV降至基體的硬度50HV左右，最高硬度要高于復(fù)合層，這王要是由于單一的陶瓷層，陶瓷化涂料熔合充分。從圖中可知，復(fù)合層的硬度變化中間有一個(gè)過渡區(qū)域，從460HV降至合金層的100HV左右，雖然表面陶瓷層和基體也形成結(jié)合界面，但中間有合金層過渡，避免了陶瓷層與基體的直接結(jié)合。
是表面單一的合金層、復(fù)合層和未處理鎂合金的電化學(xué)腐蝕行為。本。通過對(duì)每條曲線進(jìn)行Tafel擬合，得到腐蝕電位（E）、腐蝕電流（1）、極化阻抗（R/（n.cm2））。參數(shù)見表1所示。從極化曲線和對(duì)其擬合的結(jié)果上可以看出，與AZ91D相比，在經(jīng)過消失模鑄造表面合金化、復(fù)合化后，試樣的腐蝕電位明顯升高，特別是復(fù)合化試樣，腐蝕電位最高提升了400mV左右，腐蝕電流下降了3個(gè)數(shù)量級(jí)，極化電阻升高3個(gè)數(shù)量級(jí)，因此經(jīng)復(fù)合化處理后試樣耐蝕性顯著提高。
表1不同工藝下試樣的動(dòng)電位極化曲線參數(shù)試樣合金層復(fù)合層3結(jié)論利用消失模鑄造工藝，用金屬鋁粉作為合金化材料，PbO-ZnO-Na2O系低溫玻璃粉為陶瓷化材料，真空度一0.06MPa800°C條件下澆注，在鑄件表面獲得合金化/陶瓷化的復(fù)合層，合金層主要形成P-Al12Mg17、Al3Mg2合金化合物，陶瓷層由多種氧化物組成。
復(fù)合層顯微硬度從表面陶瓷層的460HV降至合金層的100HV左右，再降至基體硬度，硬度變化有合金層過渡區(qū)域。由合金層連接陶瓷層和基體一定程度上可以提高界面的韌性。
