本書在討論激光與鎂合金材料相互作用機制的基礎(chǔ)上,利用激光高溫加熱·介質(zhì)冷卻技術(shù),采用高功率激光在不同的冷卻條件下對鎂合金材料進行激光表面改性處理,以此為基礎(chǔ),研究了快速冷卻下鎂合金材料的結(jié)晶機理、組織變化規(guī)律、改性層非晶化行為,考察了改性層室溫下的組織、化學及電化學腐蝕性能、耐磨性能、沖擊和斷裂韌性,并探討了快速冷卻下鎂合金激光表面處理的改性機制。本書在討論激光與鎂合金材料相互作用的基礎(chǔ)上，利用波長10.6mm的高功率CO2氣體激光器對AZ31B鎂合金進行激光表面改性，在不同的冷卻介質(zhì)中分別對其進行表面激光熔凝和激光熔覆處理，對比分析和研究了改性層的微觀組織結(jié)構(gòu)和表面性能，以此為依據(jù)探討了鎂合金激光表面改性的微觀組織演變和改性機制。
本書適用于從事金屬快速凝固及激光表面處理研究的研究生、教師及科研人員參考。
葛亞瓊，博士，副教授，國際焊接工程師，山西省機械工程學會激光加工與增材制造(3D打印)專業(yè)委員會副秘書長，太原科技大學材料科學與工程學院教師。研究方向為先進材料的激光加工。承擔國家自然科學基金項目一項“非晶材料部件控性控型一體化成形機理研究”，參與國家自然科學基金“極端冷卻條件下鎂合金激光表面改性的組織和性能研究”、山西省回國留學人員科研資助項目“鎂合金激光表面納米及非晶化行為研究”、山西省自然科學基金項目“大功率YAG固體激光與鎂合金材料作用機理研究”等，在該領(lǐng)域發(fā)表學術(shù)文章20余篇，授權(quán)國家發(fā)明專利2項。
目 錄
第1章 鎂合金材料的表面改性技術(shù)……………………………………… 1
1.1 研究背景及意義………………………………………………… 1
1.1.1 鎂及鎂合金的應用………………………………………… 1
1.1.2 鎂及鎂合金的特點………………………………………… 2
1.1.3 鎂合金表面改性的必要性………………………………… 4
1.2 鎂合金表面改性的研究進展…………………………………… 5
1.2.1 電化學方法………………………………………………… 5
1.2.2 氣相沉積方法……………………………………………… 7
1.2.3 表面涂層方法……………………………………………… 8
1.2.4 激光表面處理……………………………………………… 10
1.3 鎂合金激光表面改性的研究進展……………………………… 10
1.3.1 鎂合金激光表面改性……………………………………… 10
1.3.2 鎂合金激光表面改性的快速凝固理論…………………… 11
1.3.3 鎂合金激光表面改性的研究進展………………………… 15
1.4 小結(jié)……………………………………………………………… 22
第2章 激光與鎂合金的作用機理……………………………………… 24
2.1 引言……………………………………………………………… 24
2.2 鎂合金激光表面改性的特征…………………………………… 24
2.3 鎂合金對激光的反射與吸收…………………………………… 25
2.4 激光與鎂合金作用的能量轉(zhuǎn)換………………………………… 27
快速冷卻下鎂合金激光表面改性行為
2.5 激光作用于鎂合金的熱源模型及溫度分布…………………… 28
2.6 激光加熱作用下鎂合金的熱力學行為………………………… 33
2.6.1 熱作用下的表面效應……………………………………… 33
2.6.2 熱作用下的粒子擴散……………………………………… 33
2.6.3 熱作用下的界面運動和界面穩(wěn)定性……………………… 34
2.7 小結(jié)……………………………………………………………… 36
第3章 不同冷卻介質(zhì)中鎂合金熔體的結(jié)晶凝固行為………………… 38
3.1 引言……………………………………………………………… 38
3.2 鎂合金在不同冷卻介質(zhì)中的熔化凝固試驗…………………… 38
3.2.1 試驗材料…………………………………………………… 38
3.2.2 試驗方法…………………………………………………… 38
3.3 鎂合金熔滴的微觀組織………………………………………… 40
3.3.1 不同冷卻介質(zhì)中的鎂合金熔滴的微觀組織……………… 40
3.3.2 不同冷卻介質(zhì)中的鎂合金熔滴的物相…………………… 45
3.4 鎂合金熔滴的顯微硬度………………………………………… 46
3.5 小結(jié)……………………………………………………………… 47
第4章 氬氣冷卻下的鎂合金激光表面熔凝行為……………………… 48
4.1 引言……………………………………………………………… 48
4.2 試驗材料及方法………………………………………………… 48
4.2.1 試驗材料…………………………………………………… 48
4.2.2 試驗設備及方法…………………………………………… 49
4.3 熔凝層(CAL)的宏觀形貌……………………………………… 54
4.3.1 熔凝層(CAL)的宏觀形貌………………………………… 54
4.3.2 工藝參數(shù)對熔凝層(CAL)宏觀尺寸的影響……………… 57
4.4 熔凝層(CAL)的微觀組織演變………………………………… 59
4.4.1 熔凝層(CAL)的微觀組織結(jié)構(gòu)…………………………… 59
4.4.2 熔凝層(CAL)的物相……………………………………… 66
4.4.3 熔凝層(CAL)的缺陷……………………………………… 67
4.5 熔凝層(CAL)的表面性能……………………………………… 68
4.5.1 熔凝層(CAL)的顯微硬度………………………………… 69
4.5.2 熔凝層(CAL)的磨損性能………………………………… 70
4.5.3 熔凝層(CAL)的腐蝕性能………………………………… 74
4.6 小結(jié)……………………………………………………………… 76
第5章 激光·液氮作用下的鎂合金表面熔凝行為…………………… 78
5.1 引言……………………………………………………………… 78
5.2 試驗材料及方法………………………………………………… 78
5.2.1 試驗材料…………………………………………………… 78
5.2.2 試驗設備及方法…………………………………………… 78
5.3 熔凝層(CLNL)的組織行為…………………………………… 79
5.3.1 熔凝層(CLNL)的宏觀形貌……………………………… 79
5.3.2 熔凝層(CLNL)的微觀組織結(jié)構(gòu)………………………… 80
5.3.3 熔凝層(CLNL)的物相…………………………………… 88
5.4 熔凝層(CLNL)的表面性能…………………………………… 89
5.4.1 熔凝層(CLNL)的顯微硬度……………………………… 89
5.4.2 熔凝層(CLNL)的磨損性能……………………………… 90
5.4.3 熔凝層(CLNL)的腐蝕性能……………………………… 92
5.4.4 熔凝層(CLNL)的斷裂特性……………………………… 94
5.5 小結(jié)……………………………………………………………… 95
第6章 激光·液氮作用下的鎂合金表面激光熔覆異質(zhì)材料………… 97
6.1 引言……………………………………………………………… 97
6.2 試驗材料及方法………………………………………………… 97
6.2.1 試驗材料…………………………………………………… 97
6.2.2 試驗方法…………………………………………………… 98
6.3熔覆層的宏觀形貌………………………………………………… 99
6.4 熔覆層的組織行為…………………………………………… 101
6.4.1 熔覆層的顯微組織……………………………………… 101
6.4.2 熔覆層的物相…………………………………………… 106
6.5 熔覆層的表面性能…………………………………………… 107
6.5.1 熔覆層的顯微硬度……………………………………… 107
6.5.2 熔覆層的腐蝕性能……………………………………… 108
6.6 小結(jié)…………………………………………………………… 109
第7章 鎂合金激光表面改性機理……………………………………… 110
7.1 引言…………………………………………………………… 110
7.2 改性層的熔池凝固行為及微觀組織演變機理……………… 110
7.2.1 熔池的凝固行為………………………………………… 110
7.2.2 微觀組織演變…………………………………………… 112
7.3 改性層的改性機制…………………………………………… 120
7.3.1 晶粒細化………………………………………………… 120
7.3.2 位錯運動………………………………………………… 121
7.3.3 固溶強化………………………………………………… 122
7.4 小結(jié)…………………………………………………………… 124
參考文獻…………………………………………………………………… 126
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