黄河科技学院材料成型毕业论文 - 图文(6)

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与基体金属形成固溶体或金属间化合物)。当Zn、Al元素进入基体后，存在于扩渗层的形式只能是如下三种：与基体金属形成固溶体或金属间化合物层，或者固溶体与化合物的复合层。

随着扩散时间从4～8 小时(4～6～8小时)，镁合金扩渗合金层的显微特征见图3.5。从图可见，首先出现的是最外层的灰白相区，从其断续态的形貌特征可以推断，该灰白相区的形成也是随扩渗时间延长， 由萌生过程发展为断续态，最后发展为连续态． 从图3.5可看到最外层的白亮相和靠近基体的灰白相。当扩渗时间为8 小时，最外层为连续态的白亮区，而且厚度较4小时时明显增加。

(a) (b)

图3.5 镁合金390℃，4h，8h扩渗合金层的显微特征

图3.5中箭头所指各区域1 仍为基体成分；箭头所指各区域2 为A1、Zn含量更高的镁基固溶体， 称其为“过渡层”；箭头3所指灰白相区为A16Mg10Zn 金属间化合物；箭头4 所指白亮相区为A15Mg11Zn4金属间化合物。从图3.4可知，随着扩散时间从4～6～8 小时， 白亮相区扩大，相应灰白相区缩小。扩渗时间为8 小时的A15Mg11Zn4金属间化合物较4 小时明显增加，而A16Mg10Zn 金属间化合物明显减少。可以推断，在390℃扩渗条件下，随着扩渗时间增加，首先形成最外层“过渡层”，时间再延长，A16Mg10Zn 金属间化合物由断续状变为连续状，且同时向A15Mg11Zn4 金属

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问化合物转变，A15Mg11Zn4 比A16Mg10Zn 更稳定。灰白相区是由过渡层发展而成的，白亮相区是由灰白相区发展而成的。

下图3.6为扩渗温度440℃，扩渗时间为4小时条件下，镁合金扩渗合金层的显微特征．图3.6表明扩渗温度高至440℃时，即使扩渗时间为4小时，可快速形成白亮相呈连续的网状分布特征的合金层区域，并沿晶界伸向基体。从图3.6可知，是得到的反应层主要为白亮相A15Mg11Zn4金属间化合物。这主要是在较高扩渗温度下，镁合金晶界活性急剧增加，成为大量活性Zn、Al原子的快速扩渗通道，使Zn、Al原子的扩渗速度加快，尤其是Zn 原子的活性可能增加更大，极有利于白亮相A15Mg11Zn4型金属间化合物形成。

图3.6 镁合金440℃，6h扩渗合金层的显微特征与渗层

3.2 镁合金表面热扩散机理的研究 3.2.1 扩渗层形成与扩渗机制 1、渗层的形成条件

从实验结果来看，镁合金热扩渗处理后，在表面形成了化合物渗层，这就是反应扩散的结果。该反应扩散属于多元反应扩散，其受制的因素很多，且过程十分复杂，

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难以精确描述具体的过程。与晶粒内原予相比，晶界原子的跳跃频率显著增高，且跃迁激活能低，使得晶界扩散系数远大于体扩散系数[48]，晶界扩散比体扩散容易得多，扩散速度要快得多，而且温度越低，晶界扩散的作用越明显[47]。实验结果表明：无论是扩渗纯铝粉还是扩渗铝．锌渗剂，都可以看出金属化合物最初在晶界处形成，并且镁合金扩渗铝．锌后，基体内部的晶界周围的削、Zn含量也较高，出现了延晶界分布的富Al—Zn历区域。这说明在镁合金扩渗处理中晶界扩散起主要作用。渗剂沿晶界扩散的结果使扩散组元或者反应扩散生成的化合物在晶界处的浓度高于晶内，这一浓度差引起扩散组元或金属化合物由晶界处向晶内扩散，促进晶内扩散的进一步进行。

渗层的形成是通过热扩散技术得到的。此渗层是渗剂元素的原子向基体金属中扩散而形成的合金层，即金属固溶体层或金属间化合物层，或者是二者兼有的渗层，所以形成渗层的首要条件就是渗入元素必须能够同基体金属形成固溶体或金属问化合物；其次，欲渗元素与基材之间必须有直接接触，这一般通过设计相关的工艺或创造必要的工艺条件来实现；第三，被渗元素在基体金属中要有一定的渗入速度，否则在生产上就没有使用价值，提高渗速的最重要手段之一就是将工件加热到足够高的温度，使溶质元素能够有足够大的扩散系数和扩散速度。

以上三个基本条件中，后两者是通过优化处理工艺来实现的，因此考察渗入元素能否同基体形成固溶体或金属间化合物成为扩渗处理前必须考虑的因素。按金属学理论，影响固溶体或金属间化合物形成的因素主要有[49]：原子相对大小，原子间的化学亲和力，点阵类型以及相对原子价。一般来说，溶质和溶剂的原子尺寸差别越小越容易形成置换固溶体，并且所形成的固溶体的溶解度越大，Hume．Rother提出有利于大量固溶的原子尺寸条件为两组元的原子半径差不超过15%。当然，原子半径较小的元素在溶剂中可形成间隙固溶体，但固溶度是极小的，且能形成间隙固溶体的溶质原子通常都是一些原子半径小于0.1nm的非金属元素。金属之间的化学亲和力大小可由其电负性之差来判断，如果溶质原子和溶剂原子的电负性相差很大，则往往容易形成比较稳定的化合物；如果电负性之差不大时，随电负性差值增加，异种原子间的亲和力

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加强，有利于增大固溶度。此外，当溶质与溶剂金属的点阵类型相同时，容易取得大的固溶度。相对原子价的影响主要体现在电子浓度方面，当形成固溶体时，溶剂金属的电子浓度不能超过一定的数值。

总的来说，镁合金热扩渗处理过程中晶界是渗剂的快速扩散通道，渗剂原子首先沿晶界扩散，在晶界处富集，与基体Mg原子发生反应，生成金属化合物，使渗剂原子和化合物在晶界处的浓度高于晶内，在浓度羞的驱动下，渗剂原子和化合物不断向晶内扩散，随时间的延长生成的金属化合物的量越来越多，扩散进行得也越来越充分，从而使得渗层不断均匀和增厚。 2、渗层形成机理

扩散渗层的形成机理由以下三个过程组成：

第一：产生渗剂元素的活性原子并提供给基体表面。活性原子的提供方式包括热激活能法和化学反应法。除热浸渗外，热激活能扩渗法能提供的活动原子有限，渗速较慢，主要用于热浸渗(镀)、电镀渗、化学镀渗、喷镀渗和无活化剂的金属粉末热扩渗。化学反应法能不断产生活性原子，热扩渗效率更高，是生产实际中普遍应用的方法。此外，等离子体中处于电离态的原子也能提供所需要的活性原子(如离子渗氮、离子渗碳等)。

第二、渗剂元素的活性原子吸附在基体金属表面上，随后被基体金属所吸收，形成最初的表面固溶体或金属间化合物，建立热扩渗所必须的浓度梯度。

第三、渗入的金属原子被金属试样表面吸附后，在其周围立即产生渗入金属的浓度差，它使渗入的金属原子向着垂直和平行试样表面的方向扩散，随着渗金属时间的延长，零件吸收渗入的金属原子的增长，逐步形成渗金属层。即扩渗层成长过程，简称扩散过程。扩散机理主要有三种：间隙式扩散机理、置换式扩散机理和空位式扩散机理。前一种方式在渗入原子半径小的非金属元素(如渗碳、渗氮和碳氮共渗)时发生，后两种方式主要在渗金属时发生。

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渗入元素渗入基体金属后，与基体形成连续固溶体的称为纯扩散。而渗入基体金属后在 …… 此处隐藏：2320字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……