Mg-4Y-xZn合金组织与力学、耐蚀性能的研究

发布时间：2020-05-28 07:22

【摘要】：WZ(Mg-Y-Zn)系镁合金是目前镁合金应用领域备受关注的一种合金系,针对WZ系镁合金的研究工作具有重大的理论及实践意义。本文基于Mg-4Y合金,研究了Zn含量对Mg-Y-Zn合金的影响。并就固溶时间、固溶温度以及时效方式等不同工艺对Mg-4Y-xZn合金组织性能的影响进行了分析。铸态合金研究结果表明,当Zn含量为1wt.%时,合金三元相为X相(Mg_(12)ZnY),X相表现为沿晶界分布的板条状特征;而当Zn含量上升到2wt.%时,合金三元相仍为X相,但X相以针状结构沿晶界分布;当Zn含量上升到3wt.%时,合金中出现新的三元相——W相(Mg_3Zn_2Y_2),W相偏聚于晶界三角结合处,呈短棒状。随着Zn含量继续增加,达到4wt.%时,合金X相消失,晶界三角结合处的W相结构更加发达。随着Zn含量的增加,合金硬度不断增加。合金室温和高温抗拉强度和延伸率的首先随Zn含量的从1%增加到3%而增加,然后当Zn含量达4%时下降。而当锌含量的从1%增加到2%,合金的断裂机理由解理断裂向准解理断裂变化,然后当Zn含量达到4%断裂机理重新变成解理断裂。随着Zn含量上升,合金腐蚀速率先上升后下降,3%锌时腐蚀速率最大。当浸泡时间延长到16h时,合金的耐蚀性逐渐上升,浸泡16h时,WZ43表现出最好的耐蚀性能。T4处理后,合金三元相发生了明显变化。随着固溶处理温度和时间的变化,当达到最佳最佳固溶温度以及固溶时间时,W相逐渐消失,但对于WZ41、WZ42、WZ43合金,仍有部分长周期有序相(LPSO)没有完全固溶,沿晶界分布。同时,固溶处理使合金中18R型LPSO相逐渐转变为14H结构。固溶处理后,合金强度中,WZ41、WZ42、WZ43、WZ44强度均有所提高,合金的硬度降低,四种合金的塑性显著增加,WZ42合金表现出最好的强度。固溶处理后,合金腐蚀速率单纯随Zn含量上升而下降,而浸泡8h后合金耐蚀性随着Zn含量上升而上升。时效态Mg-Y-Zn合金的显微组织由α-Mg+MgZn+Mg_(24)Y_5组成,此外还有部分固溶过程中未溶的LPSO相。时效处理后,合金硬度峰值较铸态和固溶态有所上升,合金最优时效处理工艺为200°C×12h。同时强度也较较铸态和固溶态有了极大提升。而合金塑性相较于固溶态略有下降。T6处理后,合金腐蚀速率先随Zn含量上升而下降,当Zn含量达到4%时,腐蚀速度又上升,WZ43表现出最小的腐蚀速度。而8h浸泡后EIS拟合结果表明,合金耐蚀性随着Zn含量上升而下降。
【图文】：

单胞,晶面,镁原子,原子位置

Mg-4Y-xZn 合金组织与力学、耐蚀性能的研究表 1. 1 镁主要性质性质数值性质数值原子序数 12 汽化潜热/kJ·kg-15150~5400原子价 2 磁化率 ψ/10-1mks 6.27~6.32相对原子量 24.3050 273K 电导率/106(Ω·m)-123原子直径/nm 0.32 熔化潜热/ kJ·kg-1360~377原子体积/cm3·mol-114 标准电极电位/V -2.37熔点/K 923±1 电化当量/g·(A·h)-1-沸点/K 1380±3 电阻率/ρ·(nΩ·m)-147密度（室温）/g·cm-31.738 热导率/W·(cm·K)-11.57再结晶温度/K 423 液体表面张力（681℃）/N·m-10.563（a）（b）（c）（d）

示意图,自然氧化,示意图,氧化膜

Mg-4Y-xZn 合金组织与力学、耐蚀性能的研究（1）自然氧化（Galvanic Corrosion）由于镁的性质极其活泼，将镁及其合金至于空气中，很容易发生自然氧化，其生成的氧膜又被称为腐蚀产物膜。这种氧化膜的结构可分为 3 层，其结构如图 1.3所示：厚度约 2μm 小块片状结构，中间层是厚度为 20~40nm 的致密层，第三层是厚度约为 0.4~0.6μm 的蜂窝状构层[1, 64]。镁合金氧化膜 PBR（pilling-bedworth ratio，，氧化物体积与形成该氧化物所消耗的金属的积比）只有 0.81，小于 1，氧化膜内部张应力较大，容易发生破裂，致密性差，使得镁基体暴于大气中，与空气中的水和氧气反应，保护效果微弱。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22

【参考文献】