镁合金ZA31强流脉冲电子束表面渗铝及其耐蚀性

镁合金ZA31是属于变形镁合金家族中的一个重要品种，它的化学成分中包含了铝、锌、锰、硅、铁、铜和镍等元素，具有较低的力学性能，这限制了它在结构材料领域的直接应用。为了改善镁合金AZ31的性能，通常会采用一系列的强化手段，包括形变硬化、晶粒细化、合金化和热处理等方法，其中合金化是最为基本和常用的方式。特别是近些年来，以强流脉冲电子束（HCPEB）为加工手段的表面改性技术获得了迅速的发展。 强流脉冲电子束技术是一种新型的表面处理方法，利用加速电子作为能量载体，它有以下优点：第一，电子的质量小，便于引出和控制，使得产生装置简单可靠；第二，相同加速电压下，电子束的作用范围较离子束更广，有利于形成较厚的改性层；第三，电子束辐照处理通常在较高的真空环境下进行，可以有效抑制材料的高温氧化和污染问题。 在本文中，李刚和况军利用俄罗斯“Nadezhda-2”型强流脉冲电子束设备，对变形镁合金AZ31板材进行了表面渗铝实验。在进行强流脉冲电子束处理之前，首先在镁合金表面涂覆一层铝粉，再利用502胶水将铝粉均匀地洒在试样表面形成厚度大约为200-300微米的铝层。处理过程中，电子束的高能量使表面的铝粉快速熔化，并通过扩散效应和热应力的作用，部分铝熔入基体表层形成了一层富铝层。由于铝的添加有助于镁合金表面形成氧化膜，从而显著提升了AZ31的耐腐蚀性能。 在实验中，研究人员通过调节脉冲次数，探索了不同处理参数下镁合金表面和截面的形貌以及成分分布。具体的处理参数包括样品室背景真空度为5×10^-3Pa，脉冲电子束的加速电压为25KV，靶源距离为80mm，脉冲次数分别为2、5、10、18和30次。通过LEICA QWIN金相显微镜和EPMA-1600型电子探针进行表面、截面组织及成分分析，通过XRD-6000型X射线衍射仪对表层相结构进行了测量。 腐蚀测试方面，利用EG&GM273设备在三电极系统中进行，使用5%的NaCl溶液作为测试液。通过测量自腐蚀电位、自腐蚀电流以及极化电阻来评估处理后试样的耐蚀性。自腐蚀电位是根据极化曲线的转折点确定的，而自腐蚀电流则是根据Tafel方程，使用偏离自腐蚀电位50~100mV的数据点拟合直线方程所得。极化电阻通过偏离自腐蚀电位0~10mV的数据点拟合直线方程的斜率得到。通过这些方法，能够详细地了解镁合金ZA31经表面渗铝处理后，其耐腐蚀性能的提升情况。 从实验结果中可以看出，强流脉冲电子束处理后的试样表面形成了富铝层，这层富铝层在材料表面起到了保护作用，提高了镁合金AZ31的耐腐蚀性能。实验结果显示，经过不同脉冲次数处理的样品，在耐蚀性方面均有所改善，这一发现对于镁合金在工业中的应用具有重要意义，尤其是在需要耐腐蚀材料的领域，比如汽车、航空航天和生物医用材料等。这种表面处理技术为提高材料的使用性能提供了一条新的途径。