CN112877625B - 一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法 - Google Patents

一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法,将镁合金制备成易于疲劳试验机夹持的样品,利用疲劳试验机,在室温22℃~28℃环境下对上述样品采用低于屈服极限的拉‑压循环应力载荷进行预加载,预加载完成后,将样品置于含有经筛分及微波处理后的粉煤灰作添加剂的润滑油中进行浸泡处理,浸泡2至4小时后取出样品,将样品表面进行除油处理,然后采用喷丸强化的方法对样品表面进行处理,完成对镁合金样品的处理。本发明基于粉煤灰良好的耐酸性,采用微波改性和喷丸强化的方法在镁合金表面形成带微波改性粉煤灰修复膜的纳米层,利用微波改性后粉煤灰的强耐酸性和纳米层中的残余压应力,有效地提高镁合金材料酸雨工况的疲劳性能。

Description

一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法
技术领域
本发明属于镁合金材料性能的技术领域,是针对提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法。
技术背景
近年来,得益于中国汽车工业和3C等行业的迅速发展及中国经济地位的显著提升,作为典型的轻量化材料,镁合金的行业市场前景被广泛看好。鉴于此,关于如何提高镁合金疲劳性能以更好地适应各种使用工况已成为当前镁合金材料的研究热点和重点。
目前,提高镁合金疲劳性能的方法以稀土元素添加、热处理、预变形、喷丸强化等方法为主,这类方法主要侧重于镁合金内部或表面的晶粒细化,以提高镁合金的疲劳性能,对于实际工况中腐蚀性介质的影响效果不大,不能阻止实际工况中腐蚀性介质对镁合金表面的腐蚀。另一方面,我国能源结构以煤为主,大量的燃煤消耗向大气环境排放了大量的含硫酸性物质,使得我国许多地区成为酸雨多发区,且多为硫酸雨。对于汽车轮毂、机闸、机壳等部件,通常处于大气环境,在工作过程中长期接触酸雨。资料表明:酸雨pH值多在4.5~5.6之间,具有明显的腐蚀性,对于强酸雨环境,pH值可以降到3或更低,在这种情况下承受交变载荷的零部件,疲劳性能将受到较大的影响。基于此,如何提高镁合金酸雨工况的疲劳性能具有极大的实际意义。
目前,针对镁合金的抗腐蚀性,有研究利用高炉钛渣的物性稳定性,提出采用纳米级高炉钛渣作为润滑油添加剂,对材料表面的缺陷或不平整处进行修复,形成相应的自修复膜以提高镁合金表面的抗腐蚀性。该方法基于润滑油作为载体,利用润滑油中的纳米级高炉钛渣在镁合金表面的吸附形成修复膜,形成的修复膜具有抗腐蚀的效果,为增强该修复膜与镁合金表面的结合程度,有研究在该方法的基础上采用喷丸强化的方法增强高炉钛渣与镁合金表面的结合。上述方法利用高炉钛渣中钙钛矿、攀钛透辉石、富钛透辉石和镁铝尖晶石等主要矿相的化学稳定性,形成的修复膜对于一般的酸碱具有较好的耐腐蚀性,但对于硫酸雨等强酸性环境,尤其是pH值较低的强硫酸雨环境,其耐腐蚀性将大打折扣。另外,高炉钛渣硬度较高,要将其研磨至纳米级高炉钛渣,研磨成本极高。
综上所述,针对镁合金酸雨工况疲劳性能的提高,如何找到行之有效同时简便易行、成本较低的工艺技术方法,以提高镁合金酸雨工况下的疲劳性能,对于镁合金材料的推广应用具有极大的实际意义。
发明内容
针对现有的镁合金实际工况下的疲劳性能,本发明提供了一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法。该方法基于粉煤灰良好的耐酸性,利用微波对粉煤灰进行加热处理(微波改性)使粉煤灰晶型发生转变以大大提高其耐酸性,再采用喷丸强化的方法在镁合金表面形成带微波改性粉煤灰修复膜的纳米层,利用微波改性后粉煤灰的强耐酸性和纳米层中的残余压应力,有效地提高镁合金材料酸雨工况的疲劳性能,同时,该方法还可细化材料晶粒以进一步提高材料的疲劳强度。
为了解决上述技术问题,本发明采用了如下的技术方案:
一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法,将镁合金制备成易于疲劳试验机夹持的样品,利用疲劳试验机,在室温22℃~28℃环境下对上述样品采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载,预加载完成后,将样品置于含有经筛分及微波处理后的粉煤灰作添加剂的润滑油中进行浸泡处理,浸泡2至4小时后取出样品,将样品表面进行除油处理,然后采用喷丸强化的方法对样品表面进行处理,完成对镁合金样品的处理。
作为本发明的一种优选方案,所述的镁合金样品,表面粗糙度为0.2至0.8。
作为本发明的一种优选方案,所述的润滑油为新油,酸值小于或等于0.1mgKOH/g。
作为本发明的一种优选方案,所述的润滑油为半合成润滑油或全合成润滑油。
作为本发明的一种优选方案,所述的经筛分及微波处理后的粉煤灰,其(SiO2+Al2O3)的质量百分比含量≥65%。
作为本发明的一种优选方案,所述的经筛分及微波处理后的粉煤灰,其粒度范围为10微米~25微米。
作为本发明的一种优选方案,所述的经筛分及微波处理后用作润滑油添加剂的粉煤灰,其用量为润滑油质量的1.5%至3.5%。
作为本发明的一种优选方案,所述的经筛分及微波处理后的粉煤灰,其微波处理工艺如下:将需要进行微波处理的粉煤灰采用微波处理加热至700℃~850℃并保持8分钟~15分钟。
作为本发明的一种优选方案,所述的喷丸强化,喷丸弹丸为陶瓷丸,弹丸直径为0.8mm~1.5mm;喷丸速度为15m/s~30m/s;喷丸振动器的振动频率为25Hz~50Hz;喷丸时间为10分钟~20分钟;喷嘴到试样表面的距离为50mm~100mm;喷丸的喷射角度为90度,为垂直喷射。
作为本发明的一种优选方案,所述的利用疲劳试验机对镁合金样品采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载,拉-压循环应力载荷中的最大应力为屈服极限的10%至20%,应力比为0,预加载的循环次数为5000至10000周次。
本发明的有益效果有如下几方面。
1)在本发明中,将采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载后的镁合金材料置于含有微波改性粉煤灰作添加剂的润滑油中进行浸泡处理,然后再采用喷丸强化的方法对镁合金材料的表面进行处理。本发明基于粉煤灰良好的耐酸性,利用微波对粉煤灰进行加热处理(微波改性),使其Al2O3等成分发生晶型转变,形成更为稳定的晶型,以大大提高粉煤灰的耐酸性,在此基础上,采用喷丸强化的方法在镁合金表面形成带微波改性粉煤灰修复膜的纳米层,相较传统的纳米铜、纳米TiO2等材料及纳米级高炉钛渣形成的修复膜来说,利用本发明形成的微波改性粉煤灰修复膜,更为稳定,耐腐蚀性更强,能够抵御硫酸等强酸性介质的腐蚀,有效地提高镁合金材料酸雨工况的疲劳性能。
2)在本发明中,将镁合金材料置于微波改性粉煤灰作添加剂的润滑油中进行浸泡处理,相较于高炉钛渣而言,微波改性后的粉煤灰具有极大的比表面积,吸附性极好,可以有效均匀地吸附在镁合金材料表面,在此基础上利用喷丸强化形成的修复膜,具有更好的均匀性和有效厚度。同时,本发明利用喷丸强化在材料表面产生的瞬时高温大大增加微波改性粉煤灰在材料表面的吸附能力,进而与材料表面形成极为紧密细致的修复膜,相对于单纯利用材料表面的吸附形成的修复膜而言,本发明形成的修复膜与材料的表面连接紧密,不易脱落,抗磨性更强。另外,本发明利用喷丸强化的方法对材料表面进行处理,可在微波改性粉煤灰修复膜下面形成带残余压应力的镁合金纳米层,可以有效地提高材料的疲劳性能和抗磨性能。
3)在本发明中,采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载,可以细化材料晶粒、提高材料疲劳强度。同时,拉-压循环应力载荷的应力比为0(即最小应力为0,每次循环完全卸载),可避免预加载过程中的失稳以及每次循环过程中残余应力造成的材料损伤。另外,经循环应力载荷预加载后,镁合金材料表面的缺陷或不平整处暴露的更为充分,此时再将镁合金材料置于含有微波改性粉煤灰作添加剂的润滑油中进行浸泡处理,微波改性粉煤灰在材料表面的缺陷或不平整处的吸附将更为充分,有利于后续微波改性粉煤灰修复膜的形成。
4)在本发明中,利用在镁合金表面形成带微波改性粉煤灰修复膜的纳米层的方法来提高镁合金酸雨工况下的疲劳性能,工艺简单易行,且粉煤灰属于火电厂固废物回收,成本较低,整体的技术、经济优势十分明显。另外,相对于高炉钛渣来说,粉煤灰不需要破碎及研磨处理工序,在成本上的优势更为明显。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示,一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法,该方法包括如下步骤:
1)将镁合金制备成易于疲劳试验机夹持的样品,利用疲劳试验机,在室温22℃~28℃环境下对上述样品采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载,预加载完成后,将样品置于含有经筛分及微波处理后的粉煤灰作添加剂的润滑油中进行浸泡处理,浸泡2至4小时后取出样品,将样品表面进行除油处理,然后采用喷丸强化的方法对样品表面进行处理,完成对镁合金样品的处理。其中,镁合金样品的表面粗糙度为0.2至0.8;用以浸泡的润滑油为新油,酸值小于或等于0.1mgKOH/g;用以浸泡的润滑油可以为半合成润滑油,也可以为全合成润滑油;经筛分及微波处理后的粉煤灰,其(SiO2+Al2O3)的含量≥65%(质量百分比);经筛分及微波处理后的粉煤灰,其粒度范围为10微米~25微米;经筛分及微波处理后用作润滑油添加剂的粉煤灰,其用量为润滑油质量的1.5%至3.5%;经筛分及微波处理后的粉煤灰,其微波处理工艺如下:将需要进行微波处理的粉煤灰采用微波处理加热至700℃~850℃并保持8分钟~15分钟。
2)上述步骤1)中,喷丸强化的喷丸弹丸为陶瓷丸,弹丸直径为0.8mm~1.5mm;喷丸强化的喷丸速度为15m/s~30m/s;喷丸强化的喷丸振动器的振动频率为25Hz~50Hz;喷丸强化的喷丸时间为10分钟~20分钟;喷丸强化的喷嘴到试样表面的距离为50mm~100mm;喷丸强化的喷丸的喷射角度为90度,为垂直喷射。
3)上述步骤1)中,拉-压循环应力载荷中的最大应力为屈服极限的10%至20%,应力比为0,预加载的循环次数为5000至10000周次。
本发明基于粉煤灰良好的耐酸性,利用微波对粉煤灰进行加热处理(微波改性)使粉煤灰晶型发生转变以大大提高其耐酸性,再采用喷丸强化的方法在镁合金表面形成带微波改性粉煤灰修复膜的纳米层,利用微波改性后粉煤灰的强耐酸性和纳米层中的残余压应力,有效地提高镁合金材料酸雨工况的疲劳性能。本发明方法工艺简单易行,且用以表面修复的粉煤灰属于火电厂固废物回收,成本较低,整体的技术、经济优势十分明显。
实施例1
一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法,该方法包括如下步骤:
1)将镁合金制备成易于疲劳试验机夹持的样品,利用疲劳试验机,在室温22℃环境下对上述样品采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载,预加载完成后,将样品置于含有经筛分及微波处理后的粉煤灰作添加剂的润滑油中进行浸泡处理,浸泡2小时后取出样品,将样品表面进行除油处理,然后采用喷丸强化的方法对样品表面进行处理,完成对镁合金样品的处理。其中,镁合金样品的表面粗糙度为0.2;用以浸泡的润滑油为新油,酸值为0.1mgKOH/g;用以浸泡的润滑油为半合成润滑油;经筛分及微波处理后的粉煤灰,其(SiO2+Al2O3)的含量为65%(质量百分比);经筛分及微波处理后的粉煤灰,其粒度为10微米;经筛分及微波处理后用作润滑油添加剂的粉煤灰,其用量为润滑油质量的1.5%;经筛分及微波处理后的粉煤灰,其微波处理工艺如下:将需要进行微波处理的粉煤灰采用微波处理加热至700℃并保持15分钟。
2)上述步骤1)中,喷丸强化的喷丸弹丸为陶瓷丸,弹丸直径为0.8mm;喷丸强化的喷丸速度为15m/s;喷丸强化的喷丸振动器的振动频率为25Hz;喷丸强化的喷丸时间为20分钟;喷丸强化的喷嘴到试样表面的距离为50mm;喷丸强化的喷丸的喷射角度为90度,为垂直喷射。
3)上述步骤1)中,拉-压循环应力载荷中的最大应力为屈服极限的10%,应力比为0,预加载的循环次数为10000周次。
本实施例基于粉煤灰良好的耐酸性,采用微波改性和喷丸强化的方法在镁合金表面形成带微波改性粉煤灰修复膜的纳米层,利用微波改性后粉煤灰的强耐酸性和纳米层中的残余压应力,有效地提高镁合金材料酸雨工况的疲劳性能。方法简单易行,整体技术、经济优势明显。
实施例2
一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法,该方法包括如下步骤:
1)将镁合金制备成易于疲劳试验机夹持的样品,利用疲劳试验机,在室温25℃环境下对上述样品采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载,预加载完成后,将样品置于含有经筛分及微波处理后的粉煤灰作添加剂的润滑油中进行浸泡处理,浸泡3小时后取出样品,将样品表面进行除油处理,然后采用喷丸强化的方法对样品表面进行处理,完成对镁合金样品的处理。其中,镁合金样品的表面粗糙度为0.5;用以浸泡的润滑油为新油,酸值为0.07mgKOH/g;用以浸泡的润滑油为全合成润滑油;经筛分及微波处理后的粉煤灰,其(SiO2+Al2O3)的含量为68%(质量百分比);经筛分及微波处理后的粉煤灰,其粒度为20微米;经筛分及微波处理后用作润滑油添加剂的粉煤灰,其用量为润滑油质量的2%;经筛分及微波处理后的粉煤灰,其微波处理工艺如下:将需要进行微波处理的粉煤灰采用微波处理加热至800℃并保持12分钟。
2)上述步骤1)中,喷丸强化的喷丸弹丸为陶瓷丸,弹丸直径为1mm;喷丸强化的喷丸速度为20m/s;喷丸强化的喷丸振动器的振动频率为35Hz;喷丸强化的喷丸时间为15分钟;喷丸强化的喷嘴到试样表面的距离为75mm;喷丸强化的喷丸的喷射角度为90度,为垂直喷射。
3)上述步骤1)中,拉-压循环应力载荷中的最大应力为屈服极限的15%,应力比为0,预加载的循环次数为7500周次。
本实施例基于粉煤灰良好的耐酸性,采用微波改性和喷丸强化的方法在镁合金表面形成带微波改性粉煤灰修复膜的纳米层,利用微波改性后粉煤灰的强耐酸性和纳米层中的残余压应力,有效地提高镁合金材料酸雨工况的疲劳性能。方法简单易行,整体技术、经济优势明显。
实施例3
一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法,该方法包括如下步骤:
1)将镁合金制备成易于疲劳试验机夹持的样品,利用疲劳试验机,在室温28℃环境下对上述样品采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载,预加载完成后,将样品置于含有经筛分及微波处理后的粉煤灰作添加剂的润滑油中进行浸泡处理,浸泡4小时后取出样品,将样品表面进行除油处理,然后采用喷丸强化的方法对样品表面进行处理,完成对镁合金样品的处理。其中,镁合金样品的表面粗糙度为0.8;用以浸泡的润滑油为新油,酸值为0.05mgKOH/g;用以浸泡的润滑油为全合成润滑油;经筛分及微波处理后的粉煤灰,其(SiO2+Al2O3)的含量为70%(质量百分比);经筛分及微波处理后的粉煤灰,其粒度为25微米;经筛分及微波处理后用作润滑油添加剂的粉煤灰,其用量为润滑油质量的3.5%;经筛分及微波处理后的粉煤灰,其微波处理工艺如下:将需要进行微波处理的粉煤灰采用微波处理加热至850℃并保持8分钟。
2)上述步骤1)中,喷丸强化的喷丸弹丸为陶瓷丸,弹丸直径为1.5mm;喷丸强化的喷丸速度为30m/s;喷丸强化的喷丸振动器的振动频率为50Hz;喷丸强化的喷丸时间为10分钟;喷丸强化的喷嘴到试样表面的距离为100mm;喷丸强化的喷丸的喷射角度为90度,为垂直喷射。
3)上述步骤1)中,拉-压循环应力载荷中的最大应力为屈服极限的20%,应力比为0,预加载的循环次数为5000周次。
本实施例基于粉煤灰良好的耐酸性,采用微波改性和喷丸强化的方法在镁合金表面形成带微波改性粉煤灰修复膜的纳米层,利用微波改性后粉煤灰的强耐酸性和纳米层中的残余压应力,有效地提高镁合金材料酸雨工况的疲劳性能。方法简单易行,整体技术、经济优势明显。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法,其特征在于,将镁合金制备成易于疲劳试验机夹持的样品,利用疲劳试验机,在室温22℃~28℃环境下对上述样品采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载,预加载完成后,将样品置于含有经筛分及微波处理后的粉煤灰作添加剂的润滑油中进行浸泡处理,浸泡2至4小时后取出样品,将样品表面进行除油处理,然后采用喷丸强化的方法对样品表面进行处理,完成对镁合金样品的处理;
所述的经筛分及微波处理后的粉煤灰,其(SiO2+Al2O3)的质量百分比含量≥65%;
所述的经筛分及微波处理后的粉煤灰,其粒度范围为10微米~25微米;
所述的经筛分及微波处理后用作润滑油添加剂的粉煤灰,其用量为润滑油质量的1.5%至3.5%;
所述的经筛分及微波处理后的粉煤灰,其微波处理工艺如下:将需要进行微波处理的粉煤灰采用微波处理加热至700℃~850℃并保持8分钟~15分钟。
2.根据权利要求1所述的一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法,其特征在于,所述的镁合金样品,表面粗糙度为0.2至0.8。
3.根据权利要求1所述的一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法,其特征在于,所述的润滑油为新油,酸值小于或等于0.1mgKOH/g。
4.根据权利要求1所述的一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法,其特征在于:所述的润滑油为半合成润滑油或全合成润滑油。
5.根据权利要求1所述的一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法,其特征在于,所述的喷丸强化,喷丸弹丸为陶瓷丸,弹丸直径为0.8mm~1.5mm;
所述的喷丸强化,喷丸速度为15m/s~30m/s;
所述的喷丸强化,喷丸振动器的振动频率为25Hz~50Hz;
所述的喷丸强化,喷丸时间为10分钟~20分钟;
所述的喷丸强化,喷嘴到试样表面的距离为50mm~100mm;
所述的喷丸强化,喷丸的喷射角度为90度,为垂直喷射。
6.根据权利要求1所述的一种提高镁合金酸雨工况疲劳性能的方法,其特征在于,所述的利用疲劳试验机对镁合金样品采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载,拉-压循环应力载荷中的最大应力为屈服极限的10%至20%,应力比为0,预加载的循环次数为5000至10000周次。
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