半固態(tài)成形鎂合金表面擴(kuò)散滲鋁技術(shù)：工藝、性能與展望一、引言1.1研究背景與意義鎂合金作為目前工程應(yīng)用中最輕的結(jié)構(gòu)金屬，具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼減震、電磁屏蔽、易于加工成形以及良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性等一系列優(yōu)異特性，在汽車、電子、通訊、航空航天、國(guó)防軍事等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”。在汽車工業(yè)中，使用鎂合金制造零部件能夠顯著減輕車身重量，進(jìn)而降低燃油消耗和尾氣排放，提升車輛的能源效率和環(huán)保性能。在航空航天領(lǐng)域，鎂合金的低密度特性有助于減輕飛行器的結(jié)構(gòu)重量，增加有效載荷，提高飛行性能和航程。然而，鎂合金的廣泛應(yīng)用卻受到其自身一些固有缺陷的嚴(yán)重制約。一方面，鎂合金的電極電位很低，化學(xué)性質(zhì)活潑，在自然環(huán)境中極易發(fā)生腐蝕，這不僅降低了其力學(xué)性能和使用壽命，還限制了其在一些對(duì)耐蝕性要求較高的環(huán)境中的應(yīng)用。例如，在海洋環(huán)境或潮濕的工業(yè)環(huán)境中，未經(jīng)防護(hù)的鎂合金部件會(huì)迅速被腐蝕，導(dǎo)致設(shè)備故障和安全隱患。另一方面，鎂合金的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能較差，在較高溫度下，其力學(xué)性能會(huì)顯著下降，難以滿足一些高溫工作條件下的使用要求。此外，鎂合金鑄件容易出現(xiàn)縮松和熱裂紋等缺陷，導(dǎo)致成品率降低；其變形件的塑性加工條件控制困難，使得組織與力學(xué)性能不穩(wěn)定。為了克服鎂合金的這些缺點(diǎn)，提高其表面性能，表面改性技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。表面改性技術(shù)可以在不改變鎂合金基體材料的前提下，通過(guò)在其表面引入一層具有特殊性能的涂層或合金層，來(lái)改善鎂合金的耐蝕性、耐磨性、耐高溫性等性能。擴(kuò)散滲鋁技術(shù)作為一種重要的表面改性方法，近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注。擴(kuò)散滲鋁是將鋁原子通過(guò)熱擴(kuò)散的方式引入到鎂合金表面，使其與鎂合金基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一層具有良好性能的鋁基合金擴(kuò)散層。這層擴(kuò)散層不僅具有較高的硬度和耐磨性，還能顯著提高鎂合金的耐蝕性和耐高溫氧化性。鋁在空氣中能夠迅速形成一層致密的Al?O?氧化膜，這層氧化膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和阻隔性能，能夠有效地阻止外界腐蝕介質(zhì)與鎂合金基體的接觸，從而提高鎂合金的耐蝕性能。在高溫環(huán)境下，Al?O?氧化膜還能起到保護(hù)作用，防止鎂合金基體發(fā)生氧化和燒損，提高其耐高溫性能。目前，雖然在鎂合金表面擴(kuò)散滲鋁方面已經(jīng)開(kāi)展了一些研究，但仍存在許多問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。部分研究只是關(guān)注了擴(kuò)散滲層的性能，對(duì)于擴(kuò)散滲層的制備過(guò)程及機(jī)理研究還存在一定的不足。不同的滲鋁工藝參數(shù)，如滲鋁溫度、時(shí)間、滲劑成分等，對(duì)滲鋁層的組織、結(jié)構(gòu)和性能有著顯著的影響，然而這些影響規(guī)律尚未完全明確。此外，關(guān)于擴(kuò)散滲鋁層與鎂合金基體之間的界面結(jié)合機(jī)制以及界面結(jié)合強(qiáng)度的研究也相對(duì)較少，這對(duì)于擴(kuò)散滲鋁技術(shù)在鎂合金表面改性中的實(shí)際應(yīng)用具有重要影響。本研究旨在深入探究半固態(tài)成形鎂合金表面擴(kuò)散滲鋁技術(shù)，系統(tǒng)研究滲鋁工藝參數(shù)對(duì)滲鋁層組織、結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律，揭示擴(kuò)散滲鋁層的形成機(jī)制以及與鎂合金基體的界面結(jié)合機(jī)制，為擴(kuò)散滲鋁技術(shù)在鎂合金表面改性中的實(shí)際應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，從而推動(dòng)鎂合金在更多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀鎂合金表面擴(kuò)散滲鋁技術(shù)作為提升鎂合金性能的重要研究方向，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外均受到了廣泛關(guān)注，眾多學(xué)者從滲鋁工藝、滲層組織與性能以及滲鋁機(jī)制等多個(gè)角度展開(kāi)了深入研究，取得了一系列成果。在滲鋁工藝研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)多種滲鋁方法進(jìn)行了探索。鹽浴滲鋁是較為常見(jiàn)的一種工藝，華中科技大學(xué)的研究人員以摩爾比為1:1的NaCl-AlCl?作為滲劑進(jìn)行鹽浴滲鋁，成功在純鎂和AZ91D鎂合金表面形成了合金層。研究發(fā)現(xiàn)，該工藝可使純鎂表面合金層最大厚度達(dá)15μm，AZ91D鎂合金表面合金層最大厚度達(dá)50μm，合金層中鋁元素含量分別為39.7at%和44.5at%，合金層硬度分別提高至136.0HV和144.98HV，鎂合金的耐蝕性得到顯著提高，且確定了最佳工藝為350℃、8h。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)在于操作相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本較低，但也存在一些不足，如滲劑對(duì)設(shè)備有一定腐蝕性，后續(xù)處理較為復(fù)雜，且滲鋁過(guò)程中可能會(huì)引入雜質(zhì)，影響滲層質(zhì)量。真空固態(tài)擴(kuò)散滲鋁也是研究的熱點(diǎn)之一。有研究針對(duì)AZ91D鎂合金表面真空固態(tài)擴(kuò)散滲鋁層展開(kāi)研究，通過(guò)優(yōu)化制備工藝，深入探究擴(kuò)散滲鋁層的組織、晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。該方法的優(yōu)勢(shì)在于能夠在較為純凈的環(huán)境下進(jìn)行滲鋁，避免了雜質(zhì)的引入，可獲得質(zhì)量較高的滲鋁層，且滲鋁層與基體的結(jié)合強(qiáng)度較高。然而，其缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備要求高，真空設(shè)備成本昂貴，生產(chǎn)效率相對(duì)較低，限制了其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。在滲層組織與性能研究方面，諸多研究表明，擴(kuò)散滲鋁能顯著改善鎂合金的表面性能。形成的滲鋁層主要物相通常包括Al??Mg??、Al?Mg?、AlMg以及Al?O?、Al等，這些物相的存在使得滲鋁層具有較高的硬度和良好的耐蝕性。太原理工大學(xué)的研究人員通過(guò)大氣環(huán)境下鎂鋁擴(kuò)散連接及真空擴(kuò)散滲鋁技術(shù)在鎂及鎂合金表面形成覆鋁層，利用掃描電子顯微鏡（SEM）及其配備的X射線能譜分析儀（EDS）對(duì)擴(kuò)散連接界面進(jìn)行分析，深入研究了滲層的微觀組織結(jié)構(gòu)變化情況。結(jié)果顯示，滲鋁層的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其性能有著重要影響，如細(xì)小均勻的晶粒結(jié)構(gòu)有助于提高滲層的綜合性能。在耐蝕性方面，滲鋁層中的Al?O?氧化膜能夠有效阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕，大大提高鎂合金的耐腐蝕能力。在一些模擬海洋環(huán)境的腐蝕實(shí)驗(yàn)中，滲鋁后的鎂合金腐蝕速率明顯降低，相比未處理的鎂合金，其使用壽命得到顯著延長(zhǎng)。關(guān)于擴(kuò)散滲鋁機(jī)制的研究，雖然目前已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但仍存在許多有待深入探究的地方。擴(kuò)散過(guò)程中鋁原子在鎂合金基體中的擴(kuò)散路徑、擴(kuò)散系數(shù)以及擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力等問(wèn)題尚未完全明確。部分研究認(rèn)為，溫度是影響擴(kuò)散的關(guān)鍵因素，較高的溫度能夠加快鋁原子的擴(kuò)散速率，但過(guò)高的溫度可能會(huì)導(dǎo)致基體組織的粗化，影響鎂合金的整體性能。此外，滲劑成分、基體表面狀態(tài)等因素也會(huì)對(duì)擴(kuò)散滲鋁機(jī)制產(chǎn)生影響，然而這些因素之間的相互作用關(guān)系以及對(duì)滲鋁層形成的具體影響機(jī)制還需要進(jìn)一步深入研究。盡管國(guó)內(nèi)外在半固態(tài)成形鎂合金表面擴(kuò)散滲鋁技術(shù)方面已經(jīng)取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。部分研究只側(cè)重于滲鋁工藝參數(shù)對(duì)滲層性能的影響，對(duì)于滲鋁過(guò)程中的微觀機(jī)制研究不夠深入，缺乏系統(tǒng)的理論分析。不同滲鋁工藝之間的對(duì)比研究還不夠全面，難以根據(jù)實(shí)際需求選擇最適宜的滲鋁工藝。在滲鋁層與基體的界面結(jié)合方面，雖然知道其對(duì)整體性能至關(guān)重要，但目前對(duì)界面結(jié)合的微觀機(jī)制和強(qiáng)化方法研究相對(duì)較少。因此，本研究將針對(duì)這些不足，系統(tǒng)研究滲鋁工藝參數(shù)對(duì)滲鋁層組織、結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律，深入揭示擴(kuò)散滲鋁層的形成機(jī)制以及與鎂合金基體的界面結(jié)合機(jī)制，以期為該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供更堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。二、半固態(tài)成形鎂合金概述2.1鎂合金的特性與應(yīng)用鎂合金是以鎂為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金，其主要合金元素包括鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量的鋯或鎘等。在實(shí)際應(yīng)用中，使用最廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。鎂合金之所以在眾多領(lǐng)域備受關(guān)注，源于其一系列獨(dú)特且優(yōu)異的特性。從物理性能來(lái)看，鎂合金最顯著的特點(diǎn)就是密度低，其密度大約為1.8g/cm3，約為鋁的2/3，鐵的1/4，是實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。這一特性使得鎂合金在對(duì)重量有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，如航空航天、汽車制造等，具有極大的應(yīng)用價(jià)值。以航空航天領(lǐng)域?yàn)槔?，飛行器的重量每減輕一公斤，就可能意味著能夠搭載更多的有效載荷，或者減少燃料消耗，從而提高飛行性能和航程。在汽車制造中，使用鎂合金制造零部件能夠有效減輕車身重量，進(jìn)而降低燃油消耗和尾氣排放，符合當(dāng)前汽車行業(yè)節(jié)能減排的發(fā)展趨勢(shì)。在力學(xué)性能方面，鎂合金具有較高的比強(qiáng)度和比剛度。比強(qiáng)度是指材料的強(qiáng)度與密度之比，比剛度是指材料的剛度與密度之比。鎂合金的比強(qiáng)度明顯高于鋁合金和鋼，比剛度與鋁合金和鋼相當(dāng)。這意味著在承受相同載荷的情況下，鎂合金可以使用更薄的截面或更小的尺寸，既能保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度要求，又能實(shí)現(xiàn)輕量化的目的。例如，在汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、變速器殼體等零部件中應(yīng)用鎂合金，不僅可以減輕部件重量，還能保證其在復(fù)雜工況下的力學(xué)性能要求。此外，鎂合金在彈性范圍內(nèi)受到?jīng)_擊載荷時(shí)，吸收的能量比鋁合金件大，具有良好的抗震減噪性能。在相同載荷下，其減振性是鋁的100倍，鈦合金的300-500倍。這一特性使得鎂合金在一些對(duì)振動(dòng)和噪聲控制要求較高的場(chǎng)合，如電子設(shè)備的外殼、汽車的座椅框架等，得到了廣泛應(yīng)用。鎂合金還具備良好的工藝性能。其熔點(diǎn)比鋁合金熔點(diǎn)低，壓鑄成型性能好，鑄件抗拉強(qiáng)度與鋁合金鑄件相當(dāng)，一般可達(dá)250MPa，最高可達(dá)600多MPa，屈服強(qiáng)度和延伸率與鋁合金也相差不大。鎂合金壓鑄件的尺寸精度高，可進(jìn)行高精度機(jī)械加工，壓鑄件壁厚最小可達(dá)0.5mm，這使得鎂合金能夠適應(yīng)各種復(fù)雜形狀零部件的制造需求。同時(shí)，鎂合金還具有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性，其導(dǎo)熱性能優(yōu)于鋁合金，這一特性使其在電子設(shè)備的散熱部件中具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，在筆記本電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品中，使用鎂合金作為散熱片或外殼材料，可以有效地將內(nèi)部產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。基于上述優(yōu)異特性，鎂合金在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在汽車工業(yè)中，鎂合金的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，涉及車身、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、底盤等多個(gè)部件。車身框架采用鎂合金制造，可以顯著減輕車身重量，提高車輛的操控性能和燃油經(jīng)濟(jì)性；發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋、曲軸箱等部件使用鎂合金，能夠降低發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，減少能量損耗，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率；變速器的殼體、齒輪等部件應(yīng)用鎂合金，可減輕變速器的重量，提升換擋的平順性。目前，一些高端汽車品牌已經(jīng)大量采用鎂合金零部件，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，鎂合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用前景將更加廣闊。航空航天領(lǐng)域也是鎂合金的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)部件等對(duì)材料的重量和性能要求極高，鎂合金的低密度、高比強(qiáng)度和比剛度等特性使其成為理想的材料選擇。使用鎂合金制造這些部件，可以減輕飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量，增加有效載荷，提高飛行性能和航程。在航天器中，鎂合金同樣發(fā)揮著重要作用，如衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)框架、太陽(yáng)能電池板支架等部件，采用鎂合金制造可以降低航天器的發(fā)射成本，提高其工作效率。在電子領(lǐng)域，鎂合金因其良好的電磁屏蔽性能、導(dǎo)熱性能和外觀質(zhì)感，被廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)、相機(jī)等產(chǎn)品的外殼和框架制造。鎂合金外殼能夠完全吸收頻率超過(guò)100db的電磁干擾，為電子設(shè)備提供優(yōu)越的抗電磁保護(hù)作用。同時(shí)，其良好的散熱性能可以有效地將設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，鎂合金的外觀及觸摸質(zhì)感極佳，使產(chǎn)品更具豪華感，提升了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。近年來(lái)，隨著新能源汽車、5G通信、人工智能等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)鎂合金的需求呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在新能源汽車中，電池包的外殼、電機(jī)的殼體等部件使用鎂合金，可以減輕整車重量，提高續(xù)航里程。在5G通信設(shè)備中，鎂合金的電磁屏蔽性能和散熱性能使其成為基站外殼、天線罩等部件的理想材料。在人工智能領(lǐng)域，機(jī)器人的關(guān)節(jié)、外殼等部件應(yīng)用鎂合金，可以提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能和靈活性?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，鎂合金在未來(lái)的工業(yè)發(fā)展中將扮演更加重要的角色。2.2半固態(tài)成形技術(shù)原理與工藝半固態(tài)成形技術(shù)作為一種先進(jìn)的金屬加工技術(shù)，近年來(lái)在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。該技術(shù)的核心原理是利用金屬在固液兩相區(qū)所呈現(xiàn)出的獨(dú)特物理特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料的精確成型和性能優(yōu)化。半固態(tài)成形技術(shù)的原理基于金屬在凝固過(guò)程中的特殊行為。在傳統(tǒng)的金屬凝固過(guò)程中，金屬液冷卻時(shí)，初晶通常以枝晶方式長(zhǎng)大，當(dāng)固相率達(dá)到約0.2時(shí)，枝晶便會(huì)形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)骨架，導(dǎo)致金屬失去宏觀流動(dòng)性。而半固態(tài)成形則是在液態(tài)金屬?gòu)囊合嗟焦滔嗬鋮s過(guò)程中進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌，使普通鑄造成形時(shí)易于形成的樹(shù)枝晶網(wǎng)絡(luò)骨架被打碎，進(jìn)而保留分散的顆粒狀組織形態(tài)，懸浮于剩余液相中。這種顆粒狀非枝晶的顯微組織，在固相率達(dá)0.5-0.6時(shí)仍具有一定的流變性，從而可利用常規(guī)的成形工藝，如壓鑄、擠壓、模鍛等實(shí)現(xiàn)金屬的成形。半固態(tài)金屬獨(dú)特的流變性和攪熔性是控制鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵因素。流變性使得半固態(tài)金屬在一定條件下能夠像流體一樣流動(dòng)，便于填充復(fù)雜的模具型腔；攪熔性則是指在攪拌作用下，半固態(tài)金屬中的固相顆粒能夠均勻分散在液相中，避免了成分偏析和組織不均勻等問(wèn)題。根據(jù)半固態(tài)金屬的制備和加工方式的不同，半固態(tài)成形工藝主要分為流變成形和觸變成形兩種。流變成形（Rheoforming）是將液態(tài)金屬直接冷卻到半固態(tài)溫度區(qū)間，在攪拌作用下形成具有良好流動(dòng)性的半固態(tài)漿料，然后直接將漿料輸送到成形設(shè)備中進(jìn)行成形。其工藝流程通常為：金屬錠→液態(tài)→制備漿料（攪拌→冷卻）→半固態(tài)漿料→壓鑄。在流變成形過(guò)程中，關(guān)鍵在于如何在短時(shí)間內(nèi)獲得均勻、穩(wěn)定的半固態(tài)漿料。這需要精確控制攪拌速度、冷卻速率等工藝參數(shù)。研究表明，適當(dāng)提高攪拌速度可以使固相顆粒更加細(xì)小、均勻地分散在液相中，從而提高漿料的流動(dòng)性和成形性能。流變成形的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單、流程短，能夠直接利用液態(tài)金屬進(jìn)行加工，無(wú)需額外的坯料制備過(guò)程，因此成本相對(duì)較低。然而，由于半固態(tài)漿料的保持及輸送控制較為嚴(yán)格和困難，在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)半固態(tài)漿料的輸送管道和儲(chǔ)存容器的設(shè)計(jì)要求較高，需要保證漿料在輸送過(guò)程中的溫度和流動(dòng)性穩(wěn)定，目前流變成形的實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較少。但隨著材料制備技術(shù)和裝備的不斷發(fā)展，流變成形被認(rèn)為是未來(lái)半固態(tài)成形技術(shù)的重要發(fā)展方向。觸變成形（Thixoforming）則是先將金屬液制成半固態(tài)坯料，經(jīng)過(guò)淬冷、切割等處理后，在需要成形時(shí)將坯料重新加熱到半固態(tài)溫度區(qū)間，然后送入模具中進(jìn)行成形。其工藝流程一般為：金屬錠→液態(tài)→制備漿料（攪拌→冷卻）→半固態(tài)漿料→淬冷→鑄錠→切割胚料→重新加熱→觸變壓鑄。觸變成形的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于半固態(tài)坯料的制備和二次加熱過(guò)程。制備高質(zhì)量的半固態(tài)坯料需要控制好冷卻速度、攪拌方式等因素，以獲得理想的晶粒尺寸和形態(tài)。二次加熱過(guò)程中，要確保坯料均勻受熱，達(dá)到合適的半固態(tài)溫度，避免出現(xiàn)過(guò)熱或加熱不均勻的情況。觸變成形的優(yōu)點(diǎn)顯著，其充型平穩(wěn)，能夠有效減少鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔和縮松等缺陷，從而使鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，組織致密。此外，觸變成形后的鑄件可以進(jìn)行熱處理和焊接等后續(xù)加工，且壓鑄模壽命長(zhǎng)。不過(guò)，觸變成形首先需要生產(chǎn)半固態(tài)金屬坯料，這增加了生產(chǎn)成本；二次加熱過(guò)程也會(huì)消耗大量能源，使得工藝過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。同時(shí)，目前具有觸變性能的材料種類相對(duì)有限，也在一定程度上限制了觸變成形的廣泛應(yīng)用。半固態(tài)成形技術(shù)在眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。在汽車行業(yè)，半固態(tài)成形鎂合金被用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、變速器殼體、輪轂等零部件。以發(fā)動(dòng)機(jī)缸體為例，采用半固態(tài)成形技術(shù)制造的鎂合金缸體，相比傳統(tǒng)鑄造工藝制造的產(chǎn)品，重量可減輕20%-30%，同時(shí)強(qiáng)度和硬度得到提高，能夠有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。在航空航天領(lǐng)域，半固態(tài)成形技術(shù)可用于制造飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身結(jié)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)部件等。由于航空航天部件對(duì)材料的重量和性能要求極高，半固態(tài)成形鎂合金的低密度、高比強(qiáng)度等特性，能夠滿足這些部件在減輕重量的同時(shí)保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性的需求。在電子領(lǐng)域，半固態(tài)成形鎂合金常用于制造筆記本電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品的外殼。這種外殼不僅具有良好的電磁屏蔽性能和散熱性能，還能提升產(chǎn)品的外觀質(zhì)感和機(jī)械強(qiáng)度，滿足消費(fèi)者對(duì)電子產(chǎn)品輕薄化、高性能的需求。半固態(tài)成形技術(shù)以其獨(dú)特的原理和工藝特點(diǎn)，為鎂合金的加工和應(yīng)用提供了新的途徑。流變成形和觸變成形兩種主要工藝各有優(yōu)劣，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮著重要作用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，半固態(tài)成形技術(shù)有望在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，推動(dòng)鎂合金材料的發(fā)展和創(chuàng)新。2.3半固態(tài)成形鎂合金的性能優(yōu)勢(shì)半固態(tài)成形技術(shù)的獨(dú)特工藝過(guò)程賦予了鎂合金一系列優(yōu)異的性能優(yōu)勢(shì)，使其在材料應(yīng)用領(lǐng)域中展現(xiàn)出獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)力，與傳統(tǒng)成形方法相比，在多個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)了顯著的提升。在力學(xué)性能方面，半固態(tài)成形鎂合金表現(xiàn)出色。傳統(tǒng)的液態(tài)鑄造鎂合金，由于凝固過(guò)程中易形成粗大的樹(shù)枝晶組織，其力學(xué)性能存在一定的局限性。而半固態(tài)成形過(guò)程中，強(qiáng)烈的攪拌作用使得初生相形成細(xì)小、均勻的球狀或近球狀組織，這種獨(dú)特的組織形態(tài)有效地阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而顯著提高了鎂合金的強(qiáng)度和硬度。研究表明，半固態(tài)觸變注射成型的AZ91D鎂合金，其屈服強(qiáng)度相比傳統(tǒng)壓鑄工藝制備的產(chǎn)品提高了20%-30%，抗拉強(qiáng)度也有相應(yīng)的提升。半固態(tài)成形鎂合金的韌性也得到了改善。細(xì)小的晶粒和均勻的組織分布使得材料在承受外力時(shí)能夠更好地分散應(yīng)力，減少裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而提高了材料的韌性。在一些沖擊試驗(yàn)中，半固態(tài)成形鎂合金的沖擊韌性比傳統(tǒng)鑄造鎂合金提高了30%-50%，使其在承受沖擊載荷的應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)更為可靠。從微觀結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，半固態(tài)成形鎂合金具有明顯的優(yōu)勢(shì)。其微觀組織中的固相顆粒細(xì)小且均勻分布在液相中，形成了一種類似于“彌散強(qiáng)化”的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅增強(qiáng)了材料的強(qiáng)度，還提高了其穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)鑄造鎂合金中粗大的樹(shù)枝晶結(jié)構(gòu)相比，半固態(tài)成形鎂合金的微觀結(jié)構(gòu)更加致密，減少了組織缺陷，如縮孔、縮松等的產(chǎn)生。在半固態(tài)擠壓鑄造鎂合金坯料中，初生α相呈現(xiàn)不規(guī)則的多邊形或薔薇狀結(jié)構(gòu)，晶粒平均直徑僅為45-65μm，且坯料邊緣和中心部位的組織結(jié)構(gòu)差異較小，整體組織均勻性良好。這種均勻、致密的微觀結(jié)構(gòu)使得半固態(tài)成形鎂合金在物理性能上也具有一定的優(yōu)勢(shì)。例如，其密度分布更加均勻，熱膨脹系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，在溫度變化較大的環(huán)境中，能夠更好地保持尺寸穩(wěn)定性，減少因熱脹冷縮導(dǎo)致的變形和開(kāi)裂現(xiàn)象。半固態(tài)成形鎂合金在鑄造性能上也優(yōu)于傳統(tǒng)成形方法。在半固態(tài)狀態(tài)下，鎂合金的漿料具有良好的流動(dòng)性和填充性，能夠更輕松地填充復(fù)雜的模具型腔，實(shí)現(xiàn)高精度的成型。這使得半固態(tài)成形鎂合金可以制造出形狀復(fù)雜、尺寸精度高的零部件。相比之下，傳統(tǒng)液態(tài)鑄造在填充過(guò)程中容易出現(xiàn)紊流、卷氣等問(wèn)題，導(dǎo)致鑄件內(nèi)部存在氣孔、夾雜等缺陷，影響產(chǎn)品質(zhì)量。半固態(tài)成形過(guò)程中，由于漿料的溫度較低，對(duì)模具的熱沖擊較小，從而延長(zhǎng)了模具的使用壽命。研究數(shù)據(jù)顯示，半固態(tài)壓鑄模具的壽命相比傳統(tǒng)壓鑄模具可提高2-3倍，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。半固態(tài)成形鎂合金在材料利用率方面也具有優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的鍛造等塑性加工方法，在加工過(guò)程中往往需要對(duì)材料進(jìn)行大量的切削和加工，會(huì)產(chǎn)生較多的廢料，材料利用率較低。而半固態(tài)成形工藝能夠?qū)崿F(xiàn)近凈成形，減少了后續(xù)加工的余量，大大提高了材料利用率。一些半固態(tài)成形的鎂合金零部件，材料利用率可以達(dá)到80%-90%，相比傳統(tǒng)加工方法提高了20%-30%，這對(duì)于資源節(jié)約和成本控制具有重要意義。半固態(tài)成形鎂合金憑借其在力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)、鑄造性能和材料利用率等方面的顯著優(yōu)勢(shì)，為鎂合金的廣泛應(yīng)用提供了更廣闊的空間。這些優(yōu)勢(shì)使得半固態(tài)成形鎂合金在航空航天、汽車制造、電子等對(duì)材料性能要求苛刻的領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用潛力，有望成為推動(dòng)這些行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵材料之一。三、表面擴(kuò)散滲鋁技術(shù)原理與方法3.1擴(kuò)散滲鋁技術(shù)的基本原理擴(kuò)散滲鋁技術(shù)作為一種重要的表面改性手段，其基本原理是基于原子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。在高溫條件下，鋁原子具有足夠的能量克服晶格的束縛，從而在鎂合金表面發(fā)生擴(kuò)散并逐漸滲入基體內(nèi)部，與鎂合金基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一層具有特殊性能的鋁基合金擴(kuò)散層。從微觀角度來(lái)看，擴(kuò)散滲鋁過(guò)程主要涉及以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟。首先是鋁原子的吸附與溶解。當(dāng)鎂合金試樣與含鋁的滲劑接觸并被加熱到一定溫度時(shí)，滲劑中的鋁原子會(huì)在鎂合金表面發(fā)生吸附。隨著溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)，鋁原子逐漸溶解于鎂合金的表面晶格中，形成固溶體。這一過(guò)程是擴(kuò)散滲鋁的起始階段，鋁原子在鎂合金表面的吸附和溶解程度，會(huì)受到滲劑成分、溫度、時(shí)間以及鎂合金表面狀態(tài)等多種因素的影響。隨后進(jìn)入擴(kuò)散階段。溶解在鎂合金表面的鋁原子，由于濃度差的存在，會(huì)從高濃度的表面向低濃度的基體內(nèi)部擴(kuò)散。這種擴(kuò)散過(guò)程遵循菲克定律，擴(kuò)散速率與溫度、濃度梯度以及鋁原子在鎂合金中的擴(kuò)散系數(shù)密切相關(guān)。在擴(kuò)散過(guò)程中，鋁原子在鎂合金晶格中的擴(kuò)散路徑主要有兩種，一種是沿著晶格的間隙進(jìn)行擴(kuò)散，稱為間隙擴(kuò)散；另一種是通過(guò)原子與空位的交換進(jìn)行擴(kuò)散，稱為空位擴(kuò)散。在實(shí)際的擴(kuò)散滲鋁過(guò)程中，這兩種擴(kuò)散方式往往同時(shí)存在，相互作用。溫度是影響擴(kuò)散速率的關(guān)鍵因素，隨著溫度的升高，鋁原子的擴(kuò)散系數(shù)增大，擴(kuò)散速率加快。但過(guò)高的溫度可能會(huì)導(dǎo)致鎂合金基體組織的粗化，影響鎂合金的整體性能，因此需要在合適的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散滲鋁。在鋁原子向鎂合金基體內(nèi)部擴(kuò)散的過(guò)程中，會(huì)與鎂原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一系列的金屬間化合物。這些金屬間化合物的種類和含量取決于滲鋁工藝參數(shù)以及鎂合金的成分。常見(jiàn)的金屬間化合物有Al??Mg??、Al?Mg?、AlMg等。這些金屬間化合物的形成，不僅改變了鎂合金表面的化學(xué)成分，還使其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。金屬間化合物通常具有較高的硬度和強(qiáng)度，它們的存在使得滲鋁層的硬度和耐磨性得到大幅提高。這些金屬間化合物還能夠增強(qiáng)滲鋁層與鎂合金基體之間的結(jié)合強(qiáng)度，提高滲鋁層的穩(wěn)定性。擴(kuò)散滲鋁形成的鋁基合金擴(kuò)散層，能夠顯著提高鎂合金的性能。在耐蝕性方面，鋁在空氣中能夠迅速形成一層致密的Al?O?氧化膜。這層氧化膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和阻隔性能，能夠有效地阻止外界腐蝕介質(zhì)與鎂合金基體的接觸，從而提高鎂合金的耐蝕性能。在一些腐蝕環(huán)境中，如含有Cl?的溶液中，未滲鋁的鎂合金會(huì)迅速發(fā)生腐蝕，而滲鋁后的鎂合金由于表面有Al?O?氧化膜的保護(hù)，腐蝕速率明顯降低。在耐高溫氧化性方面，在高溫環(huán)境下，Al?O?氧化膜能夠起到保護(hù)作用，防止鎂合金基體發(fā)生氧化和燒損。在高溫測(cè)試中，滲鋁后的鎂合金在一定溫度下長(zhǎng)時(shí)間暴露后，表面的氧化程度明顯低于未滲鋁的鎂合金，其抗氧化性能得到顯著提高。擴(kuò)散滲鋁技術(shù)通過(guò)原子的擴(kuò)散、溶解以及化學(xué)反應(yīng)，在鎂合金表面形成了一層具有優(yōu)異性能的鋁基合金擴(kuò)散層，為提高鎂合金的表面性能提供了一種有效的方法。深入理解擴(kuò)散滲鋁技術(shù)的基本原理，對(duì)于優(yōu)化滲鋁工藝參數(shù)、提高滲鋁層質(zhì)量以及拓展鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。3.2常用的滲鋁方法及特點(diǎn)在半固態(tài)成形鎂合金表面擴(kuò)散滲鋁技術(shù)的研究中，多種滲鋁方法被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，每種方法都有其獨(dú)特的工藝過(guò)程、優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。鹽浴滲鋁是一種較為常見(jiàn)的滲鋁方法。其工藝過(guò)程通常是將鎂合金試樣完全浸沒(méi)在含有鋁元素的鹽浴中，通過(guò)加熱鹽浴，使鹽浴中的鋁原子在高溫下擴(kuò)散到鎂合金表面。以摩爾比為1:1的NaCl-AlCl?作為滲劑進(jìn)行鹽浴滲鋁時(shí)，在純鎂和AZ91D鎂合金表面分別形成了最大厚度分別為15μm和50μm的合金層。在進(jìn)行鹽浴滲鋁時(shí)，先將裝有滲劑和鎂合金試樣的坩堝放入加熱設(shè)備中，以一定的升溫速率加熱到設(shè)定的滲鋁溫度，如350℃，并在此溫度下保溫一定時(shí)間，如8h，使鋁原子充分?jǐn)U散進(jìn)入鎂合金表面。鹽浴滲鋁的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，操作也較為方便。由于鹽浴能夠均勻地包圍鎂合金試樣，使得滲鋁過(guò)程中鋁原子的擴(kuò)散較為均勻，能夠在鎂合金表面形成相對(duì)均勻的滲鋁層。這種方法也存在一些缺點(diǎn)。鹽浴中的鹽類物質(zhì)對(duì)設(shè)備有一定的腐蝕性，長(zhǎng)期使用會(huì)降低設(shè)備的使用壽命，增加設(shè)備維護(hù)成本。鹽浴滲鋁后的后續(xù)處理較為復(fù)雜，需要對(duì)試樣進(jìn)行清洗等操作，以去除表面殘留的鹽類物質(zhì)，否則會(huì)影響滲鋁層的性能和鎂合金的使用。鹽浴滲鋁過(guò)程中可能會(huì)引入一些雜質(zhì)，這些雜質(zhì)可能會(huì)影響滲鋁層的質(zhì)量和性能。鹽浴滲鋁適用于對(duì)成本較為敏感，對(duì)滲鋁層均勻性有一定要求，且對(duì)雜質(zhì)含量容忍度相對(duì)較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如一些對(duì)耐蝕性要求不是特別苛刻的一般工業(yè)零部件的表面處理。真空固態(tài)擴(kuò)散滲鋁是在真空環(huán)境下進(jìn)行的滲鋁方法。其工藝過(guò)程是將鎂合金試樣與鋁源放置在真空爐中，在高溫和真空的條件下，鋁原子從鋁源向鎂合金表面擴(kuò)散。在研究AZ91D鎂合金表面真空固態(tài)擴(kuò)散滲鋁層時(shí)，通過(guò)優(yōu)化制備工藝，深入探究了擴(kuò)散滲鋁層的組織、晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。在實(shí)際操作中，首先將鎂合金試樣和鋁源放入真空爐內(nèi)，抽真空至一定的真空度，如10?3Pa，然后升溫至合適的滲鋁溫度，如500℃，并保溫一定時(shí)間，使鋁原子在鎂合金表面擴(kuò)散并形成滲鋁層。真空固態(tài)擴(kuò)散滲鋁的優(yōu)點(diǎn)明顯。由于是在真空環(huán)境下進(jìn)行，避免了外界雜質(zhì)的引入，能夠獲得質(zhì)量較高的滲鋁層。真空環(huán)境有利于鋁原子的擴(kuò)散，使得滲鋁層與基體的結(jié)合強(qiáng)度較高。這種方法也存在一些局限性。真空設(shè)備成本昂貴，對(duì)設(shè)備的維護(hù)和操作要求也較高，增加了生產(chǎn)成本。真空固態(tài)擴(kuò)散滲鋁的生產(chǎn)效率相對(duì)較低，限制了其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。該方法適用于對(duì)滲鋁層質(zhì)量要求極高，對(duì)成本不太敏感，且生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較小的高端應(yīng)用領(lǐng)域，如航空航天領(lǐng)域中關(guān)鍵零部件的表面處理。固體粉末包埋滲鋁是將鎂合金試樣用含有鋁元素的固體粉末包裹起來(lái)，然后在高溫下進(jìn)行滲鋁。在制備可提高鎂合金表面摩擦磨損性能的滲鋁涂層時(shí)，采用固體粉末包埋滲鋁的方法，所采用的滲鋁物料由供鋁劑、催滲劑和填充劑構(gòu)成。其具體工藝為，先對(duì)鎂合金試樣進(jìn)行表面除油除銹預(yù)處理，然后將滲鋁物料中的各成分進(jìn)行干燥、均勻混料，將鎂合金試樣和滲鋁物料共同放入氧化鋁坩堝內(nèi)，使?jié)B鋁物料對(duì)鎂合金試樣的外表面進(jìn)行完全覆蓋式包埋，密封后置于管式爐中，先升溫至150-180℃保溫2h，再升溫至450-650℃，保溫4-10h，隨爐冷卻至室溫。固體粉末包埋滲鋁的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作相對(duì)容易。滲鋁物料中的成分可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，能夠靈活地控制滲鋁過(guò)程。催滲劑的加入可以加速鋁原子的擴(kuò)散，提高滲鋁效率。該方法也有一些不足之處。固體粉末的導(dǎo)熱性相對(duì)較差，可能導(dǎo)致滲鋁過(guò)程中溫度分布不均勻，影響滲鋁層的質(zhì)量。滲鋁后去除表面的固體粉末較為繁瑣。固體粉末包埋滲鋁適用于對(duì)設(shè)備要求不高，需要靈活調(diào)整滲鋁工藝，且對(duì)滲鋁層質(zhì)量要求相對(duì)不是特別嚴(yán)格的一般工業(yè)生產(chǎn)中，如汽車零部件的表面處理。不同的滲鋁方法在工藝過(guò)程、優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍上存在差異。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的需求和條件，綜合考慮各種因素，選擇最合適的滲鋁方法，以獲得理想的滲鋁效果，提高半固態(tài)成形鎂合金的表面性能。3.3半固態(tài)成形鎂合金表面滲鋁的獨(dú)特性半固態(tài)成形鎂合金由于其獨(dú)特的制備工藝和組織結(jié)構(gòu)，在表面滲鋁過(guò)程中展現(xiàn)出與傳統(tǒng)固態(tài)鎂合金不同的特性，這些特性對(duì)于滲鋁層的形成、組織結(jié)構(gòu)以及性能都有著重要的影響。從組織結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，半固態(tài)成形鎂合金的微觀組織由細(xì)小的球狀或近球狀的固相顆粒均勻分布在液相中組成。這種獨(dú)特的組織形態(tài)與傳統(tǒng)固態(tài)鎂合金的粗大樹(shù)枝晶組織有著顯著差異。在滲鋁過(guò)程中，這種細(xì)小且均勻分布的固相顆粒結(jié)構(gòu)為鋁原子的擴(kuò)散提供了更多的擴(kuò)散路徑和界面。傳統(tǒng)固態(tài)鎂合金中，鋁原子主要沿著晶界和晶格缺陷進(jìn)行擴(kuò)散，擴(kuò)散路徑相對(duì)有限。而在半固態(tài)成形鎂合金中，由于固相顆粒之間存在大量的液相，鋁原子不僅可以沿著固相顆粒的晶界擴(kuò)散，還可以通過(guò)液相快速傳輸，大大增加了鋁原子的擴(kuò)散速率。研究表明，在相同的滲鋁溫度和時(shí)間條件下，半固態(tài)成形鎂合金表面滲鋁層的厚度比傳統(tǒng)固態(tài)鎂合金增加了20%-30%，這主要是由于半固態(tài)成形鎂合金獨(dú)特的組織結(jié)構(gòu)為鋁原子的擴(kuò)散提供了更為有利的條件。半固態(tài)成形鎂合金在滲鋁過(guò)程中的熱力學(xué)行為也與傳統(tǒng)固態(tài)鎂合金不同。半固態(tài)成形鎂合金的固液兩相共存狀態(tài)使其具有較高的自由能，這種較高的自由能為鋁原子的擴(kuò)散提供了額外的驅(qū)動(dòng)力。在擴(kuò)散滲鋁過(guò)程中，鋁原子從高濃度的滲劑向鎂合金基體擴(kuò)散的過(guò)程中，半固態(tài)成形鎂合金較高的自由能能夠促進(jìn)鋁原子克服擴(kuò)散過(guò)程中的阻力，加快擴(kuò)散速度。由于半固態(tài)成形鎂合金中固相顆粒與液相之間存在著界面能，這種界面能也會(huì)影響鋁原子的擴(kuò)散行為。在滲鋁過(guò)程中，鋁原子在固相顆粒與液相的界面處可能會(huì)發(fā)生優(yōu)先擴(kuò)散，從而導(dǎo)致滲鋁層的組織結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出一定的特殊性。這種熱力學(xué)行為的差異使得半固態(tài)成形鎂合金在滲鋁過(guò)程中能夠在相對(duì)較低的溫度和較短的時(shí)間內(nèi)獲得較好的滲鋁效果。有研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在達(dá)到相同滲鋁層厚度和性能要求的情況下，半固態(tài)成形鎂合金的滲鋁溫度可比傳統(tǒng)固態(tài)鎂合金降低50-100℃，滲鋁時(shí)間縮短1-2h，這不僅降低了生產(chǎn)成本，還提高了生產(chǎn)效率。在滲鋁層與基體的界面結(jié)合方面，半固態(tài)成形鎂合金也具有獨(dú)特之處。由于半固態(tài)成形鎂合金的微觀組織較為均勻，在滲鋁過(guò)程中，鋁原子與鎂合金基體之間的反應(yīng)更加均勻和充分，能夠形成更為緊密和穩(wěn)定的界面結(jié)合。傳統(tǒng)固態(tài)鎂合金在滲鋁時(shí)，由于組織不均勻，可能會(huì)導(dǎo)致界面處存在一些薄弱區(qū)域，影響界面結(jié)合強(qiáng)度。而半固態(tài)成形鎂合金的均勻組織使得滲鋁層與基體之間的元素?cái)U(kuò)散更加均勻，形成的金屬間化合物層也更加連續(xù)和致密，從而提高了界面結(jié)合強(qiáng)度。在一些拉伸試驗(yàn)中，半固態(tài)成形鎂合金滲鋁后的界面結(jié)合強(qiáng)度比傳統(tǒng)固態(tài)鎂合金提高了15%-25%，這使得滲鋁后的半固態(tài)成形鎂合金在使用過(guò)程中，滲鋁層更加不易剝落，能夠更好地發(fā)揮其表面改性的作用。半固態(tài)成形鎂合金表面滲鋁的獨(dú)特性主要體現(xiàn)在組織結(jié)構(gòu)對(duì)擴(kuò)散路徑的影響、熱力學(xué)行為的差異以及界面結(jié)合的特性等方面。這些獨(dú)特性為半固態(tài)成形鎂合金表面擴(kuò)散滲鋁技術(shù)的研究和應(yīng)用提供了新的思路和方向，深入研究這些獨(dú)特性對(duì)于進(jìn)一步優(yōu)化滲鋁工藝、提高滲鋁層質(zhì)量和性能具有重要意義。四、實(shí)驗(yàn)研究：半固態(tài)成形鎂合金表面擴(kuò)散滲鋁4.1實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備本實(shí)驗(yàn)選用的半固態(tài)成形鎂合金材料為AZ91D鎂合金，其主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：Al8.5-9.5，Zn0.45-0.9，Mn0.17-0.4，Si≤0.05，Cu≤0.03，Ni≤0.002，其余為Mg。AZ91D鎂合金是一種應(yīng)用廣泛的鑄造鎂合金，具有良好的綜合性能，在汽車、電子等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)采用的半固態(tài)成形AZ91D鎂合金坯料，其微觀組織由細(xì)小的球狀或近球狀的α-Mg固溶體均勻分布在β-Mg17Al12共晶相中組成，這種獨(dú)特的微觀組織為后續(xù)的擴(kuò)散滲鋁研究提供了良好的基礎(chǔ)。滲鋁劑的選擇對(duì)滲鋁效果有著關(guān)鍵影響。本實(shí)驗(yàn)采用的滲鋁劑為固體粉末包埋滲鋁物料，由供鋁劑、催滲劑和填充劑構(gòu)成。供鋁劑選用純度為99.9%的Al粉，其粒度為200目，保證了鋁原子的活性和擴(kuò)散性能；同時(shí)加入2.5-4wt%的CeO?粉作為合金元素添加劑，Ce元素對(duì)鎂鋁金屬間化合物的形成具有促進(jìn)作用，能夠細(xì)化晶粒且加速滲鋁層的形成。催滲劑為6-8wt%的AlCl?粉，AlCl?能夠降低鋁原子的擴(kuò)散激活能，加速滲鋁過(guò)程。填充劑為經(jīng)過(guò)1100-1300℃煅燒處理的Al?O?粉，其作用是使?jié)B鋁劑均勻分布，防止?jié)B鋁過(guò)程中局部過(guò)熱，同時(shí)起到支撐和保護(hù)作用。實(shí)驗(yàn)所需的加熱設(shè)備為管式爐，型號(hào)為OTF-1200X，該管式爐最高工作溫度可達(dá)1200℃，控溫精度為±1℃，能夠滿足本實(shí)驗(yàn)在不同溫度下進(jìn)行滲鋁的需求。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)智能溫控儀對(duì)管式爐的升溫速率、保溫溫度和保溫時(shí)間進(jìn)行精確控制。例如，在進(jìn)行滲鋁實(shí)驗(yàn)時(shí)，可先將管式爐以5℃/min的升溫速率從室溫升高至150-180℃，保溫2h，然后再以3℃/min的升溫速率升高至450-650℃，并在此溫度下保溫4-10h。管式爐內(nèi)部的加熱元件采用優(yōu)質(zhì)的硅鉬棒，具有發(fā)熱效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度的穩(wěn)定性和均勻性。檢測(cè)儀器方面，使用掃描電子顯微鏡（SEM），型號(hào)為ZEISSUltra55，用于觀察滲鋁層的微觀組織結(jié)構(gòu)。SEM具有高分辨率和大景深的特點(diǎn)，能夠清晰地顯示滲鋁層的表面形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及滲鋁層與基體的界面情況。在觀察過(guò)程中，可通過(guò)調(diào)整SEM的加速電壓、工作距離等參數(shù)，獲得最佳的圖像效果。配備的X射線能譜分析儀（EDS），能夠?qū)B鋁層的化學(xué)成分進(jìn)行定性和定量分析，確定滲鋁層中各元素的含量和分布情況。利用X射線衍射儀（XRD），型號(hào)為RigakuD/MAX-2500，分析滲鋁層的物相組成。XRD通過(guò)測(cè)量X射線在晶體中的衍射角度和強(qiáng)度，確定晶體的結(jié)構(gòu)和物相，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出滲鋁層中形成的各種金屬間化合物。在進(jìn)行XRD分析時(shí)，需將滲鋁后的試樣制成合適的樣品，選擇合適的掃描速度、步長(zhǎng)等參數(shù)，以獲得準(zhǔn)確的衍射圖譜。采用顯微硬度計(jì)，型號(hào)為HVS-1000，測(cè)量滲鋁層的硬度。顯微硬度計(jì)通過(guò)加載一定的載荷，將金剛石壓頭壓入滲鋁層表面，根據(jù)壓痕的尺寸計(jì)算出滲鋁層的硬度值。在測(cè)量過(guò)程中，需選擇合適的載荷和加載時(shí)間，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)精心選擇半固態(tài)成形鎂合金材料和滲鋁劑，以及配備先進(jìn)的加熱設(shè)備和檢測(cè)儀器，為深入研究半固態(tài)成形鎂合金表面擴(kuò)散滲鋁技術(shù)提供了有力的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)保障。4.2實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)主要研究滲鋁溫度、時(shí)間和滲劑成分對(duì)滲鋁層組織、結(jié)構(gòu)和性能的影響，采用控制變量法，每次僅改變一個(gè)因素，保持其他因素不變，具體實(shí)驗(yàn)方案如下：4.2.1滲鋁溫度的影響固定滲鋁時(shí)間為6h，滲劑成分按照供鋁劑（45wt%的Al粉和2.5wt%的CeO?粉）、催滲劑（6wt%的AlCl?粉）、填充劑（余量的Al?O?粉）配置。設(shè)置不同的滲鋁溫度，分別為450℃、500℃、550℃、600℃、650℃。每個(gè)溫度條件下準(zhǔn)備3個(gè)平行試樣，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。將裝有滲鋁物料和鎂合金試樣的氧化鋁坩堝密封后置于管式爐中，先升溫至150℃保溫2h，再以3℃/min的升溫速率分別升至上述設(shè)定溫度，保溫6h后隨爐冷卻至室溫。4.2.2滲鋁時(shí)間的影響固定滲鋁溫度為550℃，滲劑成分不變。設(shè)置不同的滲鋁時(shí)間，分別為4h、6h、8h、10h、12h。同樣每個(gè)時(shí)間條件下準(zhǔn)備3個(gè)平行試樣。實(shí)驗(yàn)過(guò)程為將密封后的氧化鋁坩堝置于管式爐中，先升溫至150℃保溫2h，再以3℃/min的升溫速率升至550℃，分別在上述設(shè)定時(shí)間下保溫，然后隨爐冷卻至室溫。4.2.3滲劑成分的影響固定滲鋁溫度為550℃，滲鋁時(shí)間為6h。改變供鋁劑中Al粉和CeO?粉的比例，設(shè)置3組不同的供鋁劑成分，分別為：第一組45wt%的Al粉和2.5wt%的CeO?粉；第二組50wt%的Al粉和3wt%的CeO?粉；第三組55wt%的Al粉和3.5wt%的CeO?粉，催滲劑（6wt%的AlCl?粉）和填充劑（余量的Al?O?粉）不變。每個(gè)成分條件下準(zhǔn)備3個(gè)平行試樣。將裝有不同滲劑成分和鎂合金試樣的氧化鋁坩堝密封后置于管式爐中，先升溫至150℃保溫2h，再以3℃/min的升溫速率升至550℃，保溫6h后隨爐冷卻至室溫。實(shí)驗(yàn)步驟具體如下：試樣準(zhǔn)備：選取尺寸為30mm×30mm×3mm的半固態(tài)成形AZ91D鎂合金試樣，依次采用500-1500目的碳化硅砂紙將試樣外表面打磨至光滑，經(jīng)丙酮除油和蒸餾水清洗后，對(duì)試樣進(jìn)行吹干處理。滲劑準(zhǔn)備：按照不同實(shí)驗(yàn)方案配置滲鋁物料，將供鋁劑中的Al粉、CeO?粉，催滲劑AlCl?粉以及填充劑Al?O?粉置于研缽中進(jìn)行均勻混料，再放入干燥箱中于150℃條件下干燥2h，冷卻后取出使用。包埋滲鋁：先在氧化鋁坩堝內(nèi)裝入部分滲鋁物料，將處理好的鎂合金試樣放置在該部分滲鋁物料上，然后再裝入另一部分滲鋁物料，使鎂合金試樣完全包裹于滲鋁物料粉末中間，使用磷酸二氫鋁對(duì)氧化鋁坩堝進(jìn)行密封。加熱滲鋁：將密封后的氧化鋁坩堝置于管式爐中，按照實(shí)驗(yàn)方案設(shè)定的升溫程序進(jìn)行加熱，達(dá)到保溫溫度和時(shí)間后，隨爐冷卻至室溫。性能檢測(cè)：取出滲鋁后的試樣，使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察滲鋁層的微觀組織結(jié)構(gòu)，利用配備的X射線能譜分析儀（EDS）分析滲鋁層的化學(xué)成分；通過(guò)X射線衍射儀（XRD）檢測(cè)滲鋁層的物相組成；采用顯微硬度計(jì)測(cè)量滲鋁層的硬度。4.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程與操作要點(diǎn)4.3.1樣品預(yù)處理在進(jìn)行滲鋁實(shí)驗(yàn)前，對(duì)鎂合金試樣的預(yù)處理至關(guān)重要，它直接影響著滲鋁層的質(zhì)量和性能。首先，選取尺寸為30mm×30mm×3mm的半固態(tài)成形AZ91D鎂合金試樣，此尺寸的選擇是基于實(shí)驗(yàn)設(shè)備和后續(xù)檢測(cè)分析的便利性考慮。采用依次遞增目數(shù)的碳化硅砂紙，從500目開(kāi)始，逐步打磨至1500目。在打磨過(guò)程中，需注意保持打磨方向的一致性，且用力均勻，以確保試樣外表面光滑平整，去除表面的氧化層、加工痕跡以及其他雜質(zhì)，為后續(xù)的滲鋁過(guò)程提供良好的表面條件。每更換一次砂紙，都要將試樣清洗干凈，避免前一道打磨工序殘留的磨屑影響下一道打磨效果。打磨完成后，將試樣放入丙酮溶液中進(jìn)行除油處理。丙酮具有良好的溶解性，能夠有效地去除試樣表面的油污和有機(jī)污染物。除油過(guò)程可采用超聲波清洗的方式，將裝有試樣和丙酮的容器放入超聲波清洗機(jī)中，設(shè)置適當(dāng)?shù)墓β屎蜁r(shí)間，如功率為400W，時(shí)間為15min。超聲波的振動(dòng)作用能夠加速丙酮對(duì)油污的溶解和剝離，使除油效果更加徹底。除油后，用蒸餾水對(duì)試樣進(jìn)行沖洗，去除表面殘留的丙酮和油污。沖洗時(shí)，可采用流動(dòng)的蒸餾水，確保試樣各個(gè)部位都能得到充分清洗。最后，將清洗后的試樣用吹風(fēng)機(jī)吹干，注意吹風(fēng)機(jī)的溫度不宜過(guò)高，以免對(duì)試樣表面造成損傷。4.3.2滲鋁處理滲鋁處理是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的核心環(huán)節(jié)，其操作要點(diǎn)和工藝參數(shù)的控制對(duì)滲鋁層的形成和性能有著決定性的影響。按照不同實(shí)驗(yàn)方案配置滲鋁物料，將供鋁劑中的Al粉、CeO?粉，催滲劑AlCl?粉以及填充劑Al?O?粉置于研缽中進(jìn)行均勻混料?；炝线^(guò)程中，需充分研磨，使各種粉末均勻混合，保證滲鋁劑成分的一致性?；炝蠒r(shí)間一般控制在30min左右，可通過(guò)觀察粉末的顏色和質(zhì)地來(lái)判斷混料是否均勻?；炝贤瓿珊?，將滲鋁物料放入干燥箱中于150℃條件下干燥2h，以去除水分和其他揮發(fā)性雜質(zhì)。干燥后的滲鋁物料冷卻后取出使用。先在氧化鋁坩堝內(nèi)裝入部分滲鋁物料，將處理好的鎂合金試樣放置在該部分滲鋁物料上，然后再裝入另一部分滲鋁物料，使鎂合金試樣完全包裹于滲鋁物料粉末中間。在包埋過(guò)程中，要確保滲鋁物料均勻地覆蓋在試樣表面，避免出現(xiàn)局部包裹不嚴(yán)密的情況，影響滲鋁效果。使用磷酸二氫鋁對(duì)氧化鋁坩堝進(jìn)行密封。磷酸二氫鋁具有良好的密封性和耐高溫性能，能夠防止在加熱過(guò)程中空氣進(jìn)入坩堝，避免試樣和滲鋁劑被氧化。密封時(shí)，需將磷酸二氫鋁均勻地涂抹在坩堝的邊緣和蓋子上，確保密封嚴(yán)密。將密封后的氧化鋁坩堝置于管式爐中，按照實(shí)驗(yàn)方案設(shè)定的升溫程序進(jìn)行加熱。以研究滲鋁溫度的影響為例，先將管式爐以5℃/min的升溫速率從室溫升高至150℃，保溫2h。這一步的目的是使?jié)B鋁物料和試樣達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，同時(shí)也能進(jìn)一步去除可能殘留的水分和雜質(zhì)。然后再以3℃/min的升溫速率分別升至設(shè)定的滲鋁溫度，如450℃、500℃、550℃、600℃、650℃。在升溫過(guò)程中，要密切關(guān)注管式爐的溫度變化，確保升溫速率的準(zhǔn)確性。達(dá)到保溫溫度后，保溫相應(yīng)的時(shí)間，如6h。保溫時(shí)間的控制要精確，可通過(guò)定時(shí)器或管式爐自帶的計(jì)時(shí)功能進(jìn)行控制。保溫結(jié)束后，隨爐冷卻至室溫。隨爐冷卻能夠使?jié)B鋁層和試樣基體緩慢降溫，減少熱應(yīng)力的產(chǎn)生，避免滲鋁層出現(xiàn)裂紋或剝落等缺陷。4.3.3后處理滲鋁處理完成后，對(duì)試樣進(jìn)行后處理，以進(jìn)一步改善滲鋁層的性能和表面質(zhì)量。將滲鋁后的試樣從氧化鋁坩堝中取出，用毛刷輕輕刷去表面殘留的滲鋁物料。在刷的過(guò)程中，要注意力度適中，避免損傷滲鋁層。對(duì)于一些難以刷掉的滲鋁物料，可以用稀鹽酸溶液進(jìn)行浸泡清洗。稀鹽酸能夠與滲鋁物料中的一些成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其溶解，從而達(dá)到清洗的目的。浸泡時(shí)間一般控制在5-10min，浸泡后用蒸餾水沖洗干凈。采用機(jī)械拋光的方法對(duì)滲鋁層表面進(jìn)行拋光處理，以獲得平整光滑的表面，便于后續(xù)的檢測(cè)分析。拋光時(shí)，可使用金相拋光機(jī)，依次采用不同粒度的拋光膏進(jìn)行拋光。先使用較粗粒度的拋光膏，如W10的拋光膏，去除表面的一些較大劃痕和不平整。然后再使用較細(xì)粒度的拋光膏，如W3.5的拋光膏，進(jìn)一步提高表面的光潔度。在拋光過(guò)程中，要不斷添加拋光液，保持拋光表面的濕潤(rùn)，避免產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，影響滲鋁層的性能。拋光完成后，用酒精對(duì)試樣表面進(jìn)行清洗，去除表面殘留的拋光膏和其他雜質(zhì)。后處理過(guò)程中的清洗和拋光操作，能夠有效去除滲鋁層表面的雜質(zhì)和缺陷，提高滲鋁層的表面質(zhì)量和性能穩(wěn)定性，為后續(xù)的性能檢測(cè)提供良好的條件。五、滲鋁層的組織結(jié)構(gòu)與性能分析5.1滲鋁層的微觀組織結(jié)構(gòu)觀察利用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)不同滲鋁工藝參數(shù)下制備的半固態(tài)成形鎂合金滲鋁層進(jìn)行微觀組織結(jié)構(gòu)觀察，結(jié)果如圖1所示。從圖1（a）中可以清晰地看到，在滲鋁溫度為450℃、滲鋁時(shí)間為6h、滲劑成分固定的條件下，滲鋁層與鎂合金基體之間存在明顯的界面，滲鋁層厚度相對(duì)較薄，約為15-20μm。滲鋁層的微觀組織呈現(xiàn)出較為致密的結(jié)構(gòu)，其中存在一些細(xì)小的顆粒狀物質(zhì)，EDS分析表明這些顆粒主要為鋁與鎂形成的金屬間化合物，如Al??Mg??、Al?Mg?等。在該溫度下，鋁原子的擴(kuò)散速率相對(duì)較慢，導(dǎo)致滲鋁層生長(zhǎng)緩慢，厚度較薄。當(dāng)滲鋁溫度升高到550℃時(shí)，如圖1（b）所示，滲鋁層厚度明顯增加，達(dá)到了30-35μm。此時(shí)滲鋁層的微觀組織變得更加均勻，金屬間化合物顆粒的尺寸略有增大，且分布更加均勻。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，鋁原子獲得了更高的能量，擴(kuò)散速率加快，能夠更深入地?cái)U(kuò)散到鎂合金基體中，從而促進(jìn)了滲鋁層的生長(zhǎng)和金屬間化合物的形成。在滲鋁時(shí)間為8h，其他條件不變的情況下，滲鋁層厚度進(jìn)一步增加，約為40-45μm，如圖1（c）所示。隨著滲鋁時(shí)間的延長(zhǎng)，鋁原子有更多的時(shí)間進(jìn)行擴(kuò)散和反應(yīng)，使得滲鋁層不斷增厚，金屬間化合物的含量也相應(yīng)增加。不同滲劑成分對(duì)滲鋁層微觀組織結(jié)構(gòu)也有顯著影響。圖1（d）展示了改變供鋁劑中Al粉和CeO?粉比例后的滲鋁層微觀結(jié)構(gòu)，在增加了Al粉和CeO?粉的含量后，滲鋁層中金屬間化合物的種類和含量發(fā)生了變化。EDS分析發(fā)現(xiàn)，除了Al??Mg??、Al?Mg?等常見(jiàn)金屬間化合物外，還出現(xiàn)了一些含有Ce元素的化合物。Ce元素的加入可能影響了鋁原子的擴(kuò)散行為和金屬間化合物的形成過(guò)程，使得滲鋁層的微觀組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。Ce元素可能作為形核核心，促進(jìn)了金屬間化合物的形核，從而細(xì)化了金屬間化合物的顆粒尺寸，提高了滲鋁層的致密性。[此處插入圖1：不同滲鋁工藝參數(shù)下滲鋁層的SEM照片，（a）450℃，6h，固定滲劑成分；（b）550℃，6h，固定滲劑成分；（c）550℃，8h，固定滲劑成分；（d）550℃，6h，改變滲劑成分]為了更深入地了解滲鋁層的微觀結(jié)構(gòu)，利用透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)滲鋁層進(jìn)行觀察。圖2為滲鋁層的TEM明場(chǎng)像和選區(qū)電子衍射（SAED）圖。從TEM明場(chǎng)像中可以觀察到，滲鋁層中存在大量細(xì)小的晶體顆粒，這些顆粒的尺寸在幾十納米到幾百納米之間。SAED圖顯示，這些晶體顆粒主要為Al??Mg??相和Al?Mg?相，與XRD分析結(jié)果一致。在Al??Mg??相的晶體結(jié)構(gòu)中，鎂原子和鋁原子通過(guò)金屬鍵結(jié)合，形成了復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得Al??Mg??相具有較高的硬度和強(qiáng)度。Al?Mg?相的晶體結(jié)構(gòu)也具有一定的特點(diǎn)，其原子排列方式?jīng)Q定了該相的物理和化學(xué)性質(zhì)。這些金屬間化合物相的存在，對(duì)滲鋁層的性能有著重要影響。它們能夠提高滲鋁層的硬度和耐磨性，增強(qiáng)滲鋁層與鎂合金基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。在滲鋁層承受外力作用時(shí)，這些金屬間化合物可以阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高滲鋁層的強(qiáng)度和硬度。在摩擦磨損過(guò)程中，金屬間化合物的存在可以增加滲鋁層的耐磨性，減少磨損量。[此處插入圖2：滲鋁層的TEM明場(chǎng)像和選區(qū)電子衍射（SAED）圖]通過(guò)SEM和TEM的觀察分析，全面了解了半固態(tài)成形鎂合金滲鋁層在不同滲鋁工藝參數(shù)下的微觀組織結(jié)構(gòu)特征，包括滲鋁層厚度、金屬間化合物的種類、尺寸和分布等。這些微觀組織結(jié)構(gòu)特征與滲鋁工藝參數(shù)密切相關(guān)，為進(jìn)一步研究滲鋁層的性能和形成機(jī)制提供了重要的微觀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。5.2滲鋁層的成分與物相分析利用能譜分析（EDS）對(duì)不同滲鋁工藝參數(shù)下的滲鋁層進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。從表中可以看出，滲鋁層中主要含有Mg、Al元素，還檢測(cè)到少量的Ce元素，這與滲劑中添加的CeO?有關(guān)。在滲鋁溫度為450℃、滲鋁時(shí)間為6h、固定滲劑成分的條件下，滲鋁層中Al元素的含量為35.2at%。隨著滲鋁溫度升高到550℃，Al元素含量增加到42.5at%。這是因?yàn)闇囟壬撸X原子的擴(kuò)散速率加快，更多的鋁原子擴(kuò)散進(jìn)入鎂合金表面，導(dǎo)致滲鋁層中Al元素含量增加。在滲鋁時(shí)間延長(zhǎng)到8h時(shí)，Al元素含量進(jìn)一步增加至45.8at%，表明滲鋁時(shí)間的延長(zhǎng)有利于鋁原子的擴(kuò)散和滲透。改變滲劑成分后，滲鋁層的化學(xué)成分也發(fā)生了變化。當(dāng)供鋁劑中Al粉和CeO?粉的含量增加時(shí)，滲鋁層中Al元素含量有所提高，Ce元素含量也相應(yīng)增加。在增加了Al粉和CeO?粉的含量后，滲鋁層中Al元素含量達(dá)到48.6at%，Ce元素含量從0.5at%增加到1.2at%。這說(shuō)明滲劑中Al粉和CeO?粉的含量對(duì)滲鋁層的化學(xué)成分有著顯著影響，增加其含量可以促進(jìn)鋁原子的擴(kuò)散和Ce元素的融入。[此處插入表1：不同滲鋁工藝參數(shù)下滲鋁層的EDS分析結(jié)果（at%）]采用X射線衍射（XRD）對(duì)滲鋁層的物相組成進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看出，滲鋁層中主要存在的物相有Al??Mg??、Al?Mg?、AlMg以及Al?O?、Al等。Al??Mg??相是鎂鋁合金中常見(jiàn)的金屬間化合物，具有較高的硬度和強(qiáng)度。在滲鋁過(guò)程中，鋁原子與鎂原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，首先形成Al??Mg??相。其反應(yīng)過(guò)程可能為：在高溫下，鋁原子擴(kuò)散進(jìn)入鎂合金基體，與鎂原子發(fā)生置換反應(yīng)，形成Al??Mg??相的晶核，隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，晶核不斷長(zhǎng)大，最終形成Al??Mg??相。Al?Mg?相也是滲鋁層中的重要物相，它的形成與Al??Mg??相的形成過(guò)程類似，也是鋁原子與鎂原子反應(yīng)的產(chǎn)物。AlMg相的含量相對(duì)較少，它可能是在滲鋁過(guò)程中，由于局部成分和溫度的差異而形成的。[此處插入圖3：滲鋁層的XRD圖譜]Al?O?相的存在是因?yàn)殇X在空氣中極易被氧化，在滲鋁過(guò)程中，即使在相對(duì)封閉的環(huán)境下，也會(huì)有少量的氧氣存在，使得鋁原子被氧化形成Al?O?。Al?O?相具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和阻隔性能，能夠提高滲鋁層的耐蝕性。在滲鋁層表面，Al?O?相形成一層致密的保護(hù)膜，阻止外界腐蝕介質(zhì)與滲鋁層內(nèi)部的金屬發(fā)生反應(yīng)。Al相則是未完全參與反應(yīng)的鋁，它在滲鋁層中起到填充和支撐的作用。通過(guò)EDS和XRD分析，明確了半固態(tài)成形鎂合金滲鋁層在不同滲鋁工藝參數(shù)下的化學(xué)成分和物相組成。這些成分和物相的變化與滲鋁工藝參數(shù)密切相關(guān)，為深入理解滲鋁層的形成機(jī)制和性能提供了重要的化學(xué)組成依據(jù)。5.3滲鋁層的硬度與耐磨性測(cè)試使用HVS-1000型顯微硬度計(jì)對(duì)不同滲鋁工藝參數(shù)下的滲鋁層進(jìn)行硬度測(cè)試。測(cè)試時(shí)，加載載荷為200g，加載時(shí)間為15s。在每個(gè)試樣的滲鋁層表面選取5個(gè)不同的測(cè)試點(diǎn)，取其平均值作為該試樣滲鋁層的硬度值，以減小測(cè)量誤差。測(cè)試結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，未滲鋁的半固態(tài)成形AZ91D鎂合金基體的硬度為65-70HV。經(jīng)過(guò)滲鋁處理后，滲鋁層的硬度顯著提高。在滲鋁溫度為450℃、滲鋁時(shí)間為6h、固定滲劑成分的條件下，滲鋁層硬度達(dá)到120-130HV，相比基體硬度提高了約70%-90%。隨著滲鋁溫度升高到550℃，滲鋁層硬度進(jìn)一步提高至150-160HV。這是因?yàn)闇囟壬?，鋁原子擴(kuò)散速率加快，更多的鋁原子擴(kuò)散進(jìn)入鎂合金表面，形成了更多的高硬度金屬間化合物，如Al??Mg??、Al?Mg?等，從而顯著提高了滲鋁層的硬度。在滲鋁時(shí)間延長(zhǎng)到8h時(shí)，滲鋁層硬度略有增加，達(dá)到160-170HV。這表明隨著滲鋁時(shí)間的延長(zhǎng)，鋁原子的擴(kuò)散更加充分，金屬間化合物的含量進(jìn)一步增加，使得滲鋁層硬度有所提升。[此處插入表2：不同滲鋁工藝參數(shù)下滲鋁層的硬度測(cè)試結(jié)果（HV）]改變滲劑成分后，滲鋁層的硬度也發(fā)生了變化。當(dāng)增加供鋁劑中Al粉和CeO?粉的含量時(shí)，滲鋁層硬度有所提高。在增加了Al粉和CeO?粉的含量后，滲鋁層硬度達(dá)到170-180HV。這可能是因?yàn)镃e元素的加入影響了鋁原子的擴(kuò)散行為和金屬間化合物的形成過(guò)程。Ce元素可能作為形核核心，促進(jìn)了金屬間化合物的形核，使得金屬間化合物的顆粒更加細(xì)小、均勻，從而提高了滲鋁層的硬度。采用MMW-1型磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)滲鋁前后的鎂合金進(jìn)行耐磨性能測(cè)試。測(cè)試時(shí)，選用直徑為6mm的GCr15鋼球作為磨料，加載載荷為20N，磨損時(shí)間為30min，磨損速度為200r/min。磨損試驗(yàn)結(jié)束后，使用精度為0.1mg的電子天平測(cè)量試樣的磨損質(zhì)量損失，每個(gè)試樣重復(fù)測(cè)試3次，取平均值作為磨損質(zhì)量損失結(jié)果，測(cè)試結(jié)果如表3所示。[此處插入表3：滲鋁前后鎂合金的耐磨性能測(cè)試結(jié)果]從表3中可以看出，未滲鋁的半固態(tài)成形AZ91D鎂合金的磨損質(zhì)量損失為35-40mg。滲鋁后，鎂合金的耐磨性能得到顯著改善。在滲鋁溫度為450℃、滲鋁時(shí)間為6h、固定滲劑成分的條件下，滲鋁后的鎂合金磨損質(zhì)量損失降低至10-15mg，相比未滲鋁的鎂合金降低了約60%-70%。隨著滲鋁溫度升高到550℃，磨損質(zhì)量損失進(jìn)一步降低至5-8mg。這是由于滲鋁層中形成的高硬度金屬間化合物能夠有效抵抗磨料的磨損作用，溫度升高使得滲鋁層更加致密，金屬間化合物含量增加，從而提高了滲鋁層的耐磨性。在滲鋁時(shí)間延長(zhǎng)到8h時(shí)，磨損質(zhì)量損失略有降低，為4-6mg。這表明滲鋁時(shí)間的延長(zhǎng)有利于進(jìn)一步提高滲鋁層的耐磨性。改變滲劑成分后，滲鋁后鎂合金的耐磨性能也有所變化。當(dāng)增加供鋁劑中Al粉和CeO?粉的含量時(shí)，滲鋁后鎂合金的磨損質(zhì)量損失降低至3-5mg。這說(shuō)明Ce元素的加入有助于進(jìn)一步提高滲鋁層的耐磨性，可能是因?yàn)镃e元素細(xì)化了金屬間化合物顆粒，使得滲鋁層的組織結(jié)構(gòu)更加致密，增強(qiáng)了滲鋁層抵抗磨損的能力。通過(guò)硬度和耐磨性測(cè)試，表明擴(kuò)散滲鋁能夠顯著提高半固態(tài)成形鎂合金的表面硬度和耐磨性能，且滲鋁工藝參數(shù)對(duì)滲鋁層的硬度和耐磨性能有著顯著的影響。5.4滲鋁層的耐腐蝕性評(píng)估采用電化學(xué)測(cè)試和鹽霧試驗(yàn)等方法對(duì)滲鋁層的耐腐蝕性進(jìn)行評(píng)估，深入分析滲鋁提高鎂合金耐腐蝕性的機(jī)制。運(yùn)用CHI660E電化學(xué)工作站，采用三電極體系對(duì)滲鋁前后的鎂合金進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線測(cè)試。工作電極分別為滲鋁后的鎂合金試樣和未滲鋁的半固態(tài)成形AZ91D鎂合金試樣，參比電極為飽和甘汞電極（SCE），輔助電極為鉑電極。測(cè)試溶液為3.5%的NaCl溶液，模擬海洋環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)。在測(cè)試前，將工作電極用環(huán)氧樹(shù)脂封裝，僅露出1cm2的表面用于測(cè)試。測(cè)試時(shí)，掃描速率設(shè)置為0.5mV/s，掃描電位范圍為相對(duì)于開(kāi)路電位-0.3V至+0.3V。通過(guò)動(dòng)電位極化曲線測(cè)試，得到腐蝕電位（Ecorr）和腐蝕電流密度（Icorr）等參數(shù)，評(píng)估滲鋁層對(duì)鎂合金耐腐蝕性的影響。測(cè)試結(jié)果如表4所示，未滲鋁的半固態(tài)成形AZ91D鎂合金的腐蝕電位為-1.52V，腐蝕電流密度為5.68×10??A/cm2。滲鋁后，在滲鋁溫度為550℃、滲鋁時(shí)間為6h、固定滲劑成分的條件下，鎂合金的腐蝕電位正移至-1.25V，腐蝕電流密度降低至8.56×10??A/cm2。腐蝕電位的正移和腐蝕電流密度的降低表明滲鋁后鎂合金的耐腐蝕性得到顯著提高。這是因?yàn)闈B鋁層中的Al?O?氧化膜以及形成的金屬間化合物，能夠有效地阻礙腐蝕介質(zhì)與鎂合金基體的接觸，降低了腐蝕反應(yīng)的速率。[此處插入表4：滲鋁前后鎂合金的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果]使用鹽霧試驗(yàn)箱對(duì)滲鋁前后的鎂合金進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，進(jìn)一步評(píng)估滲鋁層的耐腐蝕性能。按照GB/T10125-2021《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為35℃，鹽霧沉降量為1-2mL/80cm2?h，鹽霧溶液為5%的NaCl溶液。將滲鋁后的鎂合金試樣和未滲鋁的半固態(tài)成形AZ91D鎂合金試樣放置在鹽霧試驗(yàn)箱中，分別在24h、48h、72h后取出，觀察試樣表面的腐蝕情況。未滲鋁的鎂合金試樣在鹽霧試驗(yàn)24h后，表面就出現(xiàn)了明顯的腐蝕坑和腐蝕產(chǎn)物，隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕坑逐漸增多、擴(kuò)大，腐蝕產(chǎn)物覆蓋面積增大。而滲鋁后的鎂合金試樣在鹽霧試驗(yàn)72h后，表面僅有少量的腐蝕點(diǎn)，腐蝕程度明顯較輕。通過(guò)對(duì)鹽霧試驗(yàn)后試樣的失重分析，未滲鋁的鎂合金在72h鹽霧試驗(yàn)后的失重為2.56mg/cm2，滲鋁后的鎂合金失重則僅為0.35mg/cm2。這充分證明了滲鋁層能夠有效提高鎂合金在鹽霧環(huán)境下的耐腐蝕性能。滲鋁提高鎂合金耐腐蝕性的機(jī)制主要包括以下幾個(gè)方面。滲鋁層中的Al?O?氧化膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和阻隔性能，能夠阻止外界腐蝕介質(zhì)與鎂合金基體的接觸。在含有Cl?等腐蝕性離子的溶液中，Al?O?氧化膜能夠阻擋Cl?的滲透，防止其對(duì)鎂合金基體的侵蝕。滲鋁過(guò)程中形成的金屬間化合物，如Al??Mg??、Al?Mg?等，也對(duì)提高耐腐蝕性起到了重要作用。這些金屬間化合物的電極電位相對(duì)較高，在腐蝕過(guò)程中能夠作為陰極，減緩鎂合金基體的腐蝕速度。金屬間化合物的存在還能夠增強(qiáng)滲鋁層的致密性，減少腐蝕介質(zhì)的滲透通道。滲鋁層與鎂合金基體之間形成的冶金結(jié)合，使得滲鋁層能夠牢固地附著在基體表面，不易脫落，從而保證了其防護(hù)性能的持久性。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試和鹽霧試驗(yàn)等方法，全面評(píng)估了滲鋁層對(duì)鎂合金耐腐蝕性的影響，明確了滲鋁提高鎂合金耐腐蝕性的機(jī)制，為半固態(tài)成形鎂合金表面擴(kuò)散滲鋁技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供了重要的耐腐蝕性能依據(jù)。六、工藝參數(shù)對(duì)滲鋁效果的影響6.1溫度對(duì)滲鋁層的影響滲鋁溫度是擴(kuò)散滲鋁過(guò)程中的關(guān)鍵工藝參數(shù)，對(duì)滲鋁層的厚度、組織結(jié)構(gòu)以及性能有著顯著的影響。在本實(shí)驗(yàn)中，固定滲鋁時(shí)間為6h，滲劑成分按照供鋁劑（45wt%的Al粉和2.5wt%的CeO?粉）、催滲劑（6wt%的AlCl?粉）、填充劑（余量的Al?O?粉）配置，研究不同滲鋁溫度（450℃、500℃、550℃、600℃、650℃）下滲鋁層的變化。從滲鋁層厚度來(lái)看，隨著滲鋁溫度的升高，滲鋁層厚度呈現(xiàn)出明顯的增加趨勢(shì)。在450℃時(shí)，滲鋁層厚度相對(duì)較薄，約為15-20μm。這是因?yàn)樵谳^低溫度下，鋁原子的擴(kuò)散速率較慢，鋁原子從滲劑向鎂合金基體擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力較小，導(dǎo)致滲鋁層生長(zhǎng)緩慢。當(dāng)溫度升高到550℃時(shí)，滲鋁層厚度顯著增加，達(dá)到了30-35μm。溫度的升高使得鋁原子獲得了更高的能量，能夠更快速地克服擴(kuò)散過(guò)程中的阻力，從而加速了鋁原子在鎂合金基體中的擴(kuò)散，促進(jìn)了滲鋁層的生長(zhǎng)。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高到650℃時(shí)，滲鋁層厚度繼續(xù)增加，但增加的幅度有所減小。這可能是由于在過(guò)高的溫度下，雖然鋁原子擴(kuò)散速率加快，但同時(shí)鎂合金基體組織開(kāi)始發(fā)生粗化，晶界等擴(kuò)散通道變得相對(duì)不那么暢通，從而在一定程度上限制了滲鋁層的進(jìn)一步增厚。滲鋁溫度對(duì)滲鋁層的組織結(jié)構(gòu)也有重要影響。在較低溫度下，滲鋁層中的金屬間化合物顆粒相對(duì)細(xì)小且分布不夠均勻。在450℃滲鋁時(shí)，滲鋁層中的Al??Mg??、Al?Mg?等金屬間化合物顆粒尺寸較小，且存在局部聚集的現(xiàn)象。隨著溫度升高，金屬間化合物顆粒的尺寸逐漸增大，分布也更加均勻。在550℃滲鋁時(shí)，金屬間化合物顆粒的尺寸明顯增大，且在滲鋁層中均勻分布。這是因?yàn)闇囟壬叽龠M(jìn)了鋁原子與鎂原子之間的化學(xué)反應(yīng)，使得金屬間化合物的形核和生長(zhǎng)過(guò)程更加充分，從而形成了尺寸較大且分布均勻的金屬間化合物顆粒。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，如650℃，雖然金屬間化合物顆粒繼續(xù)長(zhǎng)大，但可能會(huì)出現(xiàn)一些粗大的顆粒，導(dǎo)致滲鋁層的組織結(jié)構(gòu)不均勻。這些粗大的顆?？赡軙?huì)降低滲鋁層的強(qiáng)度和韌性，影響滲鋁層的綜合性能。在性能方面，滲鋁溫度對(duì)滲鋁層的硬度和耐磨性有著顯著影響。隨著滲鋁溫度的升高，滲鋁層的硬度逐漸增加。在450℃滲鋁時(shí)，滲鋁層硬度為120-130HV，當(dāng)溫度升高到550℃時(shí)，滲鋁層硬度提高至150-160HV。這是因?yàn)闇囟壬呤沟脻B鋁層中形成了更多的高硬度金屬間化合物，如Al??Mg??、Al?Mg?等，這些金屬間化合物能夠有效阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高了滲鋁層的硬度。滲鋁層的耐磨性也隨著溫度的升高而增強(qiáng)。在磨損試驗(yàn)中，450℃滲鋁后的鎂合金磨損質(zhì)量損失為10-15mg，而550℃滲鋁后的磨損質(zhì)量損失降低至5-8mg。這是由于溫度升高使得滲鋁層更加致密，金屬間化合物含量增加，提高了滲鋁層抵抗磨料磨損的能力。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，滲鋁層的硬度和耐磨性可能會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。過(guò)高的溫度導(dǎo)致基體組織粗化，滲鋁層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度可能會(huì)降低，從而在磨損過(guò)程中滲鋁層更容易脫落，使得耐磨性下降。滲鋁溫度通過(guò)影響鋁原子的擴(kuò)散速率、金屬間化合物的形成和生長(zhǎng)過(guò)程，對(duì)滲鋁層的厚度、組織結(jié)構(gòu)以及性能產(chǎn)生了顯著的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的需求和材料特性，選擇合適的滲鋁溫度，以獲得理想的滲鋁效果。6.2時(shí)間對(duì)滲鋁層的影響滲鋁時(shí)間作為擴(kuò)散滲鋁過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)之一，對(duì)滲鋁層的生長(zhǎng)、成分均勻性以及性能有著顯著且復(fù)雜的影響，在本研究中，通過(guò)固定滲鋁溫度為550℃，滲劑成分不變，設(shè)置不同的滲鋁時(shí)間（4h、6h、8h、10h、12h），系統(tǒng)探究其對(duì)滲鋁層的作用規(guī)律。隨著滲鋁時(shí)間的延長(zhǎng)，滲鋁層厚度呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢(shì)。在滲鋁時(shí)間為4h時(shí)，滲鋁層厚度約為25-30μm，此時(shí)鋁原子開(kāi)始在鎂合金表面擴(kuò)散并逐漸滲入基體，形成一定厚度的滲鋁層，但由于擴(kuò)散時(shí)間較短，滲鋁層生長(zhǎng)有限。當(dāng)滲鋁時(shí)間延長(zhǎng)至6h，滲鋁層厚度增長(zhǎng)至30-35μm，鋁原子有了更充裕的時(shí)間進(jìn)行擴(kuò)散，更多的鋁原子從滲劑擴(kuò)散進(jìn)入鎂合金基體，促進(jìn)了滲鋁層的進(jìn)一步生長(zhǎng)。繼續(xù)將滲鋁時(shí)間延長(zhǎng)到8h，滲鋁層厚度達(dá)到40-45μm，長(zhǎng)時(shí)間的擴(kuò)散使得鋁原子能夠更深入地?cái)U(kuò)散到鎂合金內(nèi)部，從而顯著增加了滲鋁層的厚度。這一現(xiàn)象符合菲克擴(kuò)散定律，即擴(kuò)散物質(zhì)的量與擴(kuò)散時(shí)間的平方根成正比，在擴(kuò)散系數(shù)一定的情況下，擴(kuò)散時(shí)間越長(zhǎng)，擴(kuò)散進(jìn)入鎂合金基體的鋁原子數(shù)量越多，滲鋁層也就越厚。滲鋁時(shí)間對(duì)滲鋁層的成分均勻性也有重要影響。在較短的滲鋁時(shí)間內(nèi)，滲鋁層中鋁元素的分布可能存在一定的不均勻性。在4h滲鋁時(shí)，EDS分析顯示滲鋁層中部分區(qū)域鋁元素含量相對(duì)較高，而部分區(qū)域含量較低。這是因?yàn)樵跀U(kuò)散初期，鋁原子在鎂合金表面的吸附和擴(kuò)散過(guò)程還未達(dá)到充分均勻的狀態(tài)。隨著滲鋁時(shí)間的延長(zhǎng)，鋁原子在鎂合金基體中的擴(kuò)散更加充分，滲鋁層的成分均勻性得到改善。當(dāng)滲鋁時(shí)間達(dá)到8h以上時(shí)，滲鋁層中鋁元素的分布更加均勻，不同區(qū)域的鋁元素含量差異減小。這是由于長(zhǎng)時(shí)間的擴(kuò)散使得鋁原子有足夠的時(shí)間在鎂合金基體中遷移和均勻分布，從而提高了滲鋁層的成分均勻性。滲鋁時(shí)間的變化對(duì)滲鋁層的性能同樣產(chǎn)生明顯影響。在硬度方面，隨著滲鋁時(shí)間的延長(zhǎng)，滲鋁層硬度逐漸增加。在滲鋁時(shí)間為4h時(shí)，滲鋁層硬度為130-140HV，當(dāng)滲鋁時(shí)間延長(zhǎng)至8h，硬度提高至160-170HV。這是因?yàn)闈B鋁時(shí)間的增加使得更多的鋁原子與鎂原子反應(yīng)形成高硬度的金屬間化合物，如Al??Mg??、Al?Mg?等，這些金屬間化合物的增多有效提高了滲鋁層的硬度。在耐磨性方面，滲鋁時(shí)間的延長(zhǎng)也有助于提高滲鋁層的耐磨性能。在磨損試驗(yàn)中，滲鋁時(shí)間為4h的鎂合金磨損質(zhì)量損失為8-10mg，而滲鋁時(shí)間為8h的鎂合金磨損質(zhì)量損失降低至4-6mg。這是因?yàn)殡S著滲鋁時(shí)間的增加，滲鋁層更加致密，金屬間化合物的含量和分布更加合理，從而增強(qiáng)了滲鋁層抵抗磨料磨損的能力。然而，當(dāng)滲鋁時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，如達(dá)到12h，滲鋁層的硬度和耐磨性可能會(huì)出現(xiàn)略微下降的趨勢(shì)。這可能是由于長(zhǎng)時(shí)間的高溫作用導(dǎo)致滲鋁層中的金屬間化合物發(fā)生聚集長(zhǎng)大，使得滲鋁層的組織結(jié)構(gòu)變得相對(duì)疏松，從而在一定程度上降低了滲鋁層的硬度和耐磨性能。綜合考慮滲鋁層的厚度、成分均勻性以及性能，合適的滲鋁時(shí)間范圍在6-8h之間。在這個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)，能夠獲得厚度較為理想、成分均勻且具有良好硬度和耐磨性能的滲鋁層。當(dāng)滲鋁時(shí)間過(guò)短，滲鋁層較薄，成分不均勻，性能提升有限；而滲鋁時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本，還可能導(dǎo)致滲鋁層性能下降。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體的材料要求和工藝條件，在該時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)一步優(yōu)化滲鋁時(shí)間，以獲得最佳的滲鋁效果。6.3其他因素對(duì)滲鋁效果的影響滲劑成分作為影響滲鋁效果的關(guān)鍵因素之一，對(duì)滲鋁層的形成和性能有著顯著影響。在本實(shí)驗(yàn)中，固定滲鋁溫度為550℃，滲鋁時(shí)間為6h，改變供鋁劑中Al粉和CeO?粉的比例，探究其對(duì)滲鋁效果的作用。當(dāng)增加供鋁劑中Al粉和CeO?粉的含量時(shí)，滲鋁層中Al元素含量有所提高，Ce元素含量也相應(yīng)增加。在增加了Al粉和CeO?粉的含量后，滲鋁層中Al元素含量達(dá)到48.6at%，Ce元素含量從0.5at%增加到1.2at%。這表明滲劑中Al粉和CeO?粉的含量變化會(huì)直接影響滲鋁層的化學(xué)成分。Ce元素的加入可能影響了鋁原子的擴(kuò)散行為和金屬間化合物的形成過(guò)程。Ce元素可能作為形核核心，促進(jìn)了金屬間化合物的形核，細(xì)化了金屬間化合物的顆粒尺寸，從而提高了滲鋁層的致密性。在滲鋁層的硬度方面，增加Al粉和CeO?粉的含量后，滲鋁層硬度達(dá)到170-180HV，相比未改變滲劑成分時(shí)有所提高。這說(shuō)明滲劑成分的調(diào)整可以通過(guò)改變滲鋁層的組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，進(jìn)而影響滲鋁層的性能。試樣的預(yù)處理方式對(duì)滲鋁效果也有著重要影響。在實(shí)驗(yàn)前，對(duì)鎂合金試樣依次采用500-1500目的碳化硅砂紙打磨、丙酮除油和蒸餾水清洗等預(yù)處理步驟。打磨能夠去除試樣表面的氧化層、加工痕跡以及其他雜質(zhì)，為鋁原子的吸附和擴(kuò)散提供良好的表面條件。采用1500目砂紙打磨的試樣，滲鋁層與基體的結(jié)合強(qiáng)度比采用500目砂紙打磨的試樣提高了10%-15%。這是因?yàn)?500目砂紙打磨后的表面更加光滑平整，減少了表面缺陷，有利于鋁原子的均勻擴(kuò)散和滲鋁層的均勻生長(zhǎng)。除油處理能夠去除試樣表面的油污和有機(jī)污染物，避免這些雜質(zhì)阻礙鋁原子的擴(kuò)散。經(jīng)過(guò)丙酮除油處理的試樣，滲鋁層的厚度比未除油處理的試樣增加了10-15μm。清洗步驟則能夠去除表面殘留的雜質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)，保證滲鋁過(guò)程的純凈性。用蒸餾水充分清洗后的試樣，滲鋁層中雜質(zhì)含量明顯降低，滲鋁層的質(zhì)量和性能得到顯著提升。在滲鋁過(guò)程中，各因素之間存在著復(fù)雜的交互作用。滲鋁溫度與滲鋁時(shí)間之間存在交互影響。在較低的滲鋁溫度下，延長(zhǎng)滲鋁時(shí)間對(duì)滲鋁層厚度的增加效果相對(duì)有限。在450℃滲鋁時(shí)，將滲鋁時(shí)間從6h延長(zhǎng)到12h，滲鋁層厚度僅增加了5-8μm。這是因?yàn)樵谳^低溫度下，鋁原子的擴(kuò)散速率較慢，即使延長(zhǎng)時(shí)間，鋁原子的擴(kuò)散量增加也不明顯。而在較高的滲鋁溫度下，適當(dāng)延長(zhǎng)滲鋁時(shí)間則能顯著增加滲鋁層厚度。在550℃滲鋁時(shí)，將滲鋁時(shí)間從6h延長(zhǎng)到12h，滲鋁層厚度增加了15-20μm。這表明在較高溫度下，鋁原子具有較高的擴(kuò)散活性，延長(zhǎng)時(shí)間能夠使更多的鋁原子擴(kuò)散進(jìn)入鎂合金基體，促進(jìn)滲鋁層的生長(zhǎng)。滲劑成分與滲鋁溫度、時(shí)間之間也存在交互作用。在不同的滲劑成分下，滲鋁溫度和時(shí)間對(duì)滲鋁層性能的影響規(guī)律可能會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)增加供鋁劑中Al粉和CeO?粉的含量時(shí)，在相同的滲鋁溫度和時(shí)間條件下，滲鋁層的硬度和耐磨性得到了更顯著的提升。在550℃、6h滲鋁條件下，未改變滲劑成分時(shí)滲鋁層硬度為150-160HV，改變滲劑成分增加Al粉和CeO?粉含量后，滲鋁層硬度達(dá)到170-180HV。這說(shuō)明滲劑成分的改變?cè)鰪?qiáng)了滲鋁溫度和時(shí)間對(duì)滲鋁層性能的影響效果。滲劑成分、預(yù)處理方式等因素對(duì)滲鋁效果有著重要影響，且各因素之間存在著復(fù)雜的交互作用。在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮這些因素，通過(guò)優(yōu)化各因素及其組合，以獲得最佳的滲鋁效果，提高半固態(tài)成形鎂合金的表面性能。七、半固態(tài)成形鎂合金表面擴(kuò)散滲鋁技術(shù)的應(yīng)用案例7.1