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极速冷却下AZ31B镁合金表面激光熔凝处理的组织与性能研究
一、研究背景
AZ31B镁合金是一种常用的轻质合金，在自动化、航空航天、汽车等领域中有着广泛的应用。然而，由于其低熔点和化学活性较大，使其在加工、使用过程中易受到氧化、腐蚀和热裂等问题的影响，降低了其性能和寿命。因此，利用表面处理技术改善其综合性能是AZ31B镁合金研究领域中的热点。
激光熔凝处理是一种可以在表面形成致密、均匀、纯净的细晶金属组织的方法，对提升材料耐腐蚀性、机械性能、疲劳寿命等具有重要的作用。极速冷却作为一种特殊的熔凝处理方式，具有快速降温、凝固过程中产生的大量组织变形等特点，被广泛应用于表面处理领域。本文将探究极速冷却下AZ31B镁合金表面激光熔凝处理的组织和性能变化规律，为镁合金表面处理提供一种新的思路和方法。
二、研究方法
本次研究首先将AZ31B镁合金样品经过机械打磨等预处理后，进行CO2激光熔凝处理，并使用极速冷却方式进行铸造。极速冷却采用压缩空气以高速喷射在熔融样品表面的方式实现，待样品过渡过熔点至凝固点后，迅速从炉体或加热器中拿出样品，放入冷却装置进行快速冷却。处理后的样品进行光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、硬度测试（HV）等分析测试方法进行组织结构、物理性能的测试和分析。
三、实验结果
（1）表面相变显微结构
通过OM观察，得到极速冷却处理后的AZ31B镁合金表面结构成分发生了变化。样品表面出现了规则的细晶区和块状晶区，晶界清晰，表面光滑度形成了一定程度的提高。晶界处的总比表面细晶区或者块状晶区更加清晰和完整，同时，极速冷却下处理的AZ31B镁合金表面晶粒最终大小紧凑，大小在1~5μm之间。
（2）表面性能分析
极速冷却下处理后的AZ31B镁合金表面硬度测试显示，经过CO2激光熔凝处理和极速冷却后的AZ31B镁合金表面硬度有了很大的提升，其硬度值高于原始铸造镁合金的3倍左右，表明表面的显著晶化作用能够有效增强材料硬度和力学性能。
（3）晶体结构分析
通过XRD对极速冷却处理后的AZ31B镁合金表面的晶体结构分析可得知，在样品表面全部是一些细粒晶体结构。研究显示，极速冷却处理后的表面呈现出较强的<0002>取向，可能是通过出现大量的细晶区域来有效减缓铸件表面元素的扩散，从而提高材料的抗腐蚀性。
四、结论与展望
本文研究结果表明，经过CO2激光熔凝处理并采用极速冷却后，AZ31B镁合金表面晶粒尺寸明显细化，晶界清晰，表面硬度得到显著提升，结晶取向和抗腐蚀性能都得到很好的提高。然而，这项研究还有一些局限性，例如存放时间对材料表面的稳定性和表面缺陷的影响，未来的研究将进一步探究其对材料表面性能的影响。
总之，本项研究工作为AZ31B镁合金表面处理提供了一种新思路和方法，尤其是在采用极速冷却的方面，将对提高材料表面性能、延长材料使用寿命等具有积极的作用。此外，这项研究工作还需要继续进行，以期提出更为完善的处理工艺或新型复合表面处理工艺，为镁合金的应用提供更高性能的产品。