AI涂层/AZ91镁合金复合铸造界面的研究金通赵建华袁福安涂欣达张士斌摘要：对型芯预喷涂一层AI涂层，将Az91镁合金液浇注到铸型中实现基体和涂层的结合，对凝固后的结合界面组织和相组成进行分析。结果表明，Az9I镁合金液和AI涂层表面的氧化物发生反应，实现了界面间的润湿，形成冶金结合界面。该界面包含3个扩散层：镁合金基体一侧为（AI12Mg17+δMg）共晶组织;中间层为AI12Mg17金属间化合物;AI涂层一侧为AI3Mg2金属间化合物，并弥散分布着一些氧化物。试验结果证明，通过复合铸造的方法可以实现Al涂层和镁合金基体的冶金结合。关键词：镁合金;电弧喷涂;复合铸造;界面：TG178文献标志码：A复合铸造是用浇注的方法将两种或两种以上的材料铸造成一种完整铸件的加工工艺。通过复合铸造工艺制备的铸件的不同部位具有不同的性能。近年来，越来越多的研究者使用复合铸造工艺连接同种或异种材料，如钢/Fe，Fe/AI，AI/Cu等。本文尝试将电弧喷涂技术应用于复合铸造工艺中，先在型芯表面喷涂一层涂层，再将金属液浇注到铸型中，通过固液复合作用制备金属复合材料。该方法改变了传统热喷涂工艺先基体后涂层的观念，可以在基体表面制备结合性能好、表面精度高的涂层，具有一定的研究价值。界面是复合材料的重要组成部分，界面的结构往往决定了复合材料的使用性能。传统的热喷涂涂层和基体之间为机械结合界面，结合强度不高，限制了其应用。而复合铸造，特别是熔点相近的双金属复合铸造，其界面结合方式一般为冶金结合，一定程度上可以弥补传统热喷涂工艺的不足。本文采用复合铸造的方法将AI涂层和镁合金基体结合在一起，并对其结合界面进行研究。1试验过程本试验采用直径2mm的纯AI丝作为喷涂材料，采用AZ91镁合金作为基材。分别采用先基体后涂层的传统电弧喷涂工艺和先涂层后基体的复合铸造工艺来制备金属复合材料。传统热喷涂工艺需要先对镁合金基体进行一定的表面处理，去除表面的氧化物、油污等杂质，使其具有一定的表面粗糙度，然后用电弧喷涂技术喷涂一层A1涂层，获得包覆一层涂层的材料。图1为复合铸造工艺示意图。使用耐火砖制备型芯，为保证涂层和型芯的结合强度，型芯在400℃进行预热;使用电弧喷涂技术在型芯表面喷涂一层厚约1mm的涂层，喷涂工艺参数如表1所示。然后将涂覆AI涂层的型芯放在模具中，模具预热温度为300℃;最后，将AZ91镁合金基材放人熔炼炉中进行熔炼，待合金液温度达到700℃并保温一段时间后，将合金液浇注到模具中，实现涂层与基体的结合，最终获得所需铸件。用线切割设备对两种试样进行切割，并将结合界面制成金相观察试样，然后通过光学显微镜（opticalmicroscope，OM）、扫描电子显微镜（scanningelectronmicroscope，SEM）、能谱仪（energydispersespectroscopy，EDS）、x射线衍射仪（X-raydiffractometer，XRD）和维氏硬度计对试样结合界面的组织、成分和性能进行测试。2结果与讨论图2为通过传统热喷涂工艺得到的AI涂层/AZ91镁合金复合界面的OM图。从图2中可以看到，AI涂层与镁合金基体之间有一条明显的分界线，结合方式为机械结合。在电弧喷涂过程中，熔融的AI丝被雾化，并喷射到基体上，由于雾化的AI液冷却较快，到达基体后便会迅速凝固，界面之间未能有足够的热量进行熔合或扩散，形成机械结合界面。这种界面只是涂层和基体之间的机械咬合，结合强度不高。目前，研究者们通过改变喷涂材、温度、基体的表面状态、喷涂工艺参数和后处理等因素来提高涂层的结合强度，但这些方法难以有效地改变涂层机械结合的现状。与传统的热喷涂工艺相比，复合铸造工艺过程中的熔融金属，有足够的热量使其与涂层发生熔合和扩散，从而容易获得冶金结合界面。图3（a）为AI涂层与AZ91镁合金基体固液结合界面图，图3（a）的右侧为AZ91镁合金基体，左侧为Al涂层，中间为涂层和基体作用形成的扩散层，该扩散层分为A，B，C3个区域，分别对应图3（b）、图3（c）和图3（d）。从图3中可以看出，AZ91镁合金基体中弥散分布着第二相，而靠近基体的区域A中的第二相连成网状结构;中间区域B由单一的相组成，与区域A无明显分界线，且区域A的相与区域B的相连成一体;靠近AI涂层一侧为区域C，区域C中...