本书在讨论激光与镁合金材料相互作用机制的基础上,利用激光高温加热·介质冷却技术,采用高功率激光在不同的冷却条件下对镁合金材料进行激光表面改性处理,以此为基础,研究了快速冷却下镁合金材料的结晶机理、组织变化规律、改性层非晶化行为,考察了改性层室温下的组织、化学及电化学腐蚀性能、耐磨性能、冲击和断裂韧性,并探讨了快速冷却下镁合金激光表面处理的改性机制。本书在讨论激光与镁合金材料相互作用的基础上，利用波长10.6mm的高功率CO2气体激光器对AZ31B镁合金进行激光表面改性，在不同的冷却介质中分别对其进行表面激光熔凝和激光熔覆处理，对比分析和研究了改性层的微观组织结构和表面性能，以此为依据探讨了镁合金激光表面改性的微观组织演变和改性机制。
本书适用于从事金属快速凝固及激光表面处理研究的研究生、教师及科研人员参考。
葛亚琼，博士，副教授，国际焊接工程师，山西省机械工程学会激光加工与增材制造(3D打印)专业委员会副秘书长，太原科技大学材料科学与工程学院教师。研究方向为先进材料的激光加工。承担国家自然科学基金项目一项“非晶材料部件控性控型一体化成形机理研究”，参与国家自然科学基金“极端冷却条件下镁合金激光表面改性的组织和性能研究”、山西省回国留学人员科研资助项目“镁合金激光表面纳米及非晶化行为研究”、山西省自然科学基金项目“大功率YAG固体激光与镁合金材料作用机理研究”等，在该领域发表学术文章20余篇，授权国家发明专利2项。
目 录
第1章 镁合金材料的表面改性技术……………………………………… 1
1.1 研究背景及意义………………………………………………… 1
1.1.1 镁及镁合金的应用………………………………………… 1
1.1.2 镁及镁合金的特点………………………………………… 2
1.1.3 镁合金表面改性的必要性………………………………… 4
1.2 镁合金表面改性的研究进展…………………………………… 5
1.2.1 电化学方法………………………………………………… 5
1.2.2 气相沉积方法……………………………………………… 7
1.2.3 表面涂层方法……………………………………………… 8
1.2.4 激光表面处理……………………………………………… 10
1.3 镁合金激光表面改性的研究进展……………………………… 10
1.3.1 镁合金激光表面改性……………………………………… 10
1.3.2 镁合金激光表面改性的快速凝固理论…………………… 11
1.3.3 镁合金激光表面改性的研究进展………………………… 15
1.4 小结……………………………………………………………… 22
第2章 激光与镁合金的作用机理……………………………………… 24
2.1 引言……………………………………………………………… 24
2.2 镁合金激光表面改性的特征…………………………………… 24
2.3 镁合金对激光的反射与吸收…………………………………… 25
2.4 激光与镁合金作用的能量转换………………………………… 27
快速冷却下镁合金激光表面改性行为
2.5 激光作用于镁合金的热源模型及温度分布…………………… 28
2.6 激光加热作用下镁合金的热力学行为………………………… 33
2.6.1 热作用下的表面效应……………………………………… 33
2.6.2 热作用下的粒子扩散……………………………………… 33
2.6.3 热作用下的界面运动和界面稳定性……………………… 34
2.7 小结……………………………………………………………… 36
第3章 不同冷却介质中镁合金熔体的结晶凝固行为………………… 38
3.1 引言……………………………………………………………… 38
3.2 镁合金在不同冷却介质中的熔化凝固试验…………………… 38
3.2.1 试验材料…………………………………………………… 38
3.2.2 试验方法…………………………………………………… 38
3.3 镁合金熔滴的微观组织………………………………………… 40
3.3.1 不同冷却介质中的镁合金熔滴的微观组织……………… 40
3.3.2 不同冷却介质中的镁合金熔滴的物相…………………… 45
3.4 镁合金熔滴的显微硬度………………………………………… 46
3.5 小结……………………………………………………………… 47
第4章 氩气冷却下的镁合金激光表面熔凝行为……………………… 48
4.1 引言……………………………………………………………… 48
4.2 试验材料及方法………………………………………………… 48
4.2.1 试验材料…………………………………………………… 48
4.2.2 试验设备及方法…………………………………………… 49
4.3 熔凝层(CAL)的宏观形貌……………………………………… 54
4.3.1 熔凝层(CAL)的宏观形貌………………………………… 54
4.3.2 工艺参数对熔凝层(CAL)宏观尺寸的影响……………… 57
4.4 熔凝层(CAL)的微观组织演变………………………………… 59
4.4.1 熔凝层(CAL)的微观组织结构…………………………… 59
4.4.2 熔凝层(CAL)的物相……………………………………… 66
4.4.3 熔凝层(CAL)的缺陷……………………………………… 67
4.5 熔凝层(CAL)的表面性能……………………………………… 68
4.5.1 熔凝层(CAL)的显微硬度………………………………… 69
4.5.2 熔凝层(CAL)的磨损性能………………………………… 70
4.5.3 熔凝层(CAL)的腐蚀性能………………………………… 74
4.6 小结……………………………………………………………… 76
第5章 激光·液氮作用下的镁合金表面熔凝行为…………………… 78
5.1 引言……………………………………………………………… 78
5.2 试验材料及方法………………………………………………… 78
5.2.1 试验材料…………………………………………………… 78
5.2.2 试验设备及方法…………………………………………… 78
5.3 熔凝层(CLNL)的组织行为…………………………………… 79
5.3.1 熔凝层(CLNL)的宏观形貌……………………………… 79
5.3.2 熔凝层(CLNL)的微观组织结构………………………… 80
5.3.3 熔凝层(CLNL)的物相…………………………………… 88
5.4 熔凝层(CLNL)的表面性能…………………………………… 89
5.4.1 熔凝层(CLNL)的显微硬度……………………………… 89
5.4.2 熔凝层(CLNL)的磨损性能……………………………… 90
5.4.3 熔凝层(CLNL)的腐蚀性能……………………………… 92
5.4.4 熔凝层(CLNL)的断裂特性……………………………… 94
5.5 小结……………………………………………………………… 95
第6章 激光·液氮作用下的镁合金表面激光熔覆异质材料………… 97
6.1 引言……………………………………………………………… 97
6.2 试验材料及方法………………………………………………… 97
6.2.1 试验材料…………………………………………………… 97
6.2.2 试验方法…………………………………………………… 98
6.3熔覆层的宏观形貌………………………………………………… 99
6.4 熔覆层的组织行为…………………………………………… 101
6.4.1 熔覆层的显微组织……………………………………… 101
6.4.2 熔覆层的物相…………………………………………… 106
6.5 熔覆层的表面性能…………………………………………… 107
6.5.1 熔覆层的显微硬度……………………………………… 107
6.5.2 熔覆层的腐蚀性能……………………………………… 108
6.6 小结…………………………………………………………… 109
第7章 镁合金激光表面改性机理……………………………………… 110
7.1 引言…………………………………………………………… 110
7.2 改性层的熔池凝固行为及微观组织演变机理……………… 110
7.2.1 熔池的凝固行为………………………………………… 110
7.2.2 微观组织演变…………………………………………… 112
7.3 改性层的改性机制…………………………………………… 120
7.3.1 晶粒细化………………………………………………… 120
7.3.2 位错运动………………………………………………… 121
7.3.3 固溶强化………………………………………………… 122
7.4 小结…………………………………………………………… 124
参考文献…………………………………………………………………… 126
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