镁合金熔体低温纯化研究

发布时间：2017-04-08 12:09

  本文关键词：镁合金熔体低温纯化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镁合金所具备的低密度等一系列优点使其在工业中的应用越来越广,但是本身性质的活泼引起比较差的耐蚀性,同时因其绝对强度低等缺点,应用受到了一定的限制。杂质元素Fe、Ni、Cu、Co的存在,尤其是杂质Fe,由于和合金基体之间较大的电势差,导致严重的电偶腐蚀,恶化镁合金的耐蚀性能。因此,提高镁合金的纯度,降低杂质元素的含量,改善镁合金的耐蚀性,对镁合金材料的应用价值具有重要的意义。本文在已有的镁合金纯化基础上,通过热力学相图的计算,以纯镁、AZ和AM系镁合金作为主要的研究对象,进行无溶剂低温处理,使杂质元素Fe自然析出,以单质或中间化合物的形式沉降到熔体底部,从而达到除Fe的目的,提高了镁合金的纯度,并得到不同纯度的镁合金样品。为了更清晰的知道纯化后合金组织、性能的变化,采用金相显微镜、XRD衍射、SEM及EDS等手段,对不同杂质含量和热处理状态的AZ61及AZ91镁合金显微组织进行了对比,通过电化学、失重和析氢腐蚀等实验手段,研究了这些微量杂质元素含量变化对镁合金耐蚀性能的影响。本课题研究的结果如下:(1)低温处理对AZ/AM系镁合金具有良好的纯化效果,最佳的处理温度区间为630℃-650℃,在经过足够的静置时间后,AZ61合金中的杂质Fe含量最低降至10ppm,AZ91合金纯化后Fe降至35ppm,AM60和AM50中Fe含量最低分别达到了15ppm和18ppm。温度梯度处理后,纯镁中的杂质Fe含量降低到了24ppm。保温时间对镁合金中的杂质含量变化影响比较明显,在本实验中,保温时间超过45min后,合金熔体中的杂质含量不会继续降低,熔体达到稳定状态。(2)杂质Fe在镁合金中以Fe-Al-Mn颗粒形式存在,在纯化后铸锭的底部观察到的杂质颗粒尺寸在1-10μm之间,并偏向于聚集成球状颗粒,部分杂质随第二相的生成而伴随而生。(3)Fe在镁合金中与Al、Mn结合生成的化合物颗粒在熔体中的沉降速率为:,在熔体中的沉降距离为:,从本实验的理论计算可得出,在相同静置温度下,杂质颗粒的运动过程主要受杂质颗粒尺寸的影响,在一定的温度区间内,温度对颗粒沉降过程并无太大的影响,只要在相对的低温下静置足够长的时间,即可有效地纯化镁合金熔体。(4)镁合金的微观组织受杂质含量变化影响不明显,经过低温处理后,杂质Fe含量明显降低,AZ/AM镁合金相应的腐蚀速率都显著降低,耐蚀性能大大提高。镁合金腐蚀速率也随着Fe/Mn比例减小而降低。Fe含量降低后,杂质颗粒与基体之间的微电池效应得到减弱,镁合金电偶腐蚀速率大大降低。镁合金不同状态腐蚀速率大小为铸态时效态固溶态,这是由于不同热处理态下合金中的第二相数量及大小变化造成的。
【关键词】：AZ/AM镁合金 杂质元素Fe 低温处理 腐蚀速率
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-33
• 1.1 引言9-12
• 1.2 镁及镁合金的腐蚀12-17
• 1.2.1 镁合金腐蚀的热力学与动力学13
• 1.2.2 镁合金腐蚀类型13-15
• 1.2.3 镁合金腐蚀影响因素15-17
• 1.3 镁合金中的杂质及影响17-24
• 1.4 镁合金纯净化研究现状24-31
• 1.4.1 溶剂纯净化法24-26
• 1.4.2 过滤净化法26-27
• 1.4.3 吹气净化法27-28
• 1.4.4 真空净化法28
• 1.4.5 沉降纯净化28-29
• 1.4.6 稀土纯化29-30
• 1.4.7 复合纯净化30-31
• 1.5 本课题研究目的及内容31-33
• 2 实验材料和实验方法33-39
• 2.1 实验原材料的制备33
• 2.2 热处理实验33-34
• 2.3 热挤压实验34
• 2.4 实验方法及设备34-39
• 2.4.1 镁合金低温静置纯化设备34-35
• 2.4.2 成分检测35
• 2.4.3 X射线衍射分析(XRD)35
• 2.4.4 金相组织观察(OM)35-36
• 2.4.5 扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)36
• 2.4.6 室温力学性能拉伸36
• 2.4.7 腐蚀实验36-39
• 3 镁合金熔体纯化工艺研究39-61
• 3.1 引言39-43
• 3.2 镁合金低温静置纯化效果43-48
• 3.3 镁合金纯化前后物相分析48-50
• 3.4 纯化前后杂质变化宏观分析50-54
• 3.5 分析与讨论54-59
• 3.5.1 镁合金纯化热力学分析54-56
• 3.5.2 镁合金纯化过程动力学分析56-59
• 3.6 本章小结59-61
• 4 纯度对镁合金组织和腐蚀性能的影响61-91
• 4.1 前言61-69
• 4.1.1 杂质含量变化对AZ61合金组织影响61-62
• 4.1.2 杂质含量变化对AZ61合金耐蚀性影响62-67
• 4.1.3 AZ61宏观腐蚀形貌分析67-69
• 4.2 杂质对挤压AZ61镁合金组织及性能影响69-76
• 4.2.1 杂质含量对挤压AZ61的组织影响69-73
• 4.2.2 挤压对不同杂质含量的AZ61合金力学性能的影响73-74
• 4.2.3 杂质含量变化对挤压AZ61合金腐蚀性能的影响74-76
• 4.2.4 杂质含量变化对挤压AZ61性能影响分析76
• 4.3 杂质含量变化对AZ91及AM60/50组织、性能的影响76-84
• 4.3.1 杂质含量变化对AZ91组织影响76-78
• 4.3.2 杂质含量变化对耐蚀性影响78-82
• 4.3.3 杂质含量变化对AM60/50组织影响82-83
• 4.3.4 杂质含量变化对AM60/50耐蚀性影响83-84
• 4.4 分析与讨论84-88
• 4.5 本章小结88-91
• 5 结论91-93
• 致谢93-95
• 参考文献95-103
• 附录103
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录103
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果103

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