Al及热处理对Mg-4Y合金组织、力学及耐蚀性能的影响

发布时间：2020-03-23 08:31

【摘要】：现今,石油矿产等资源日益枯竭,节能环保成为人类未来社会的发展方向,镁合金因其比重轻,比强度和比刚度高,可循环利用绿色无污染等一系列优点,被誉为21世纪的“绿色工程材料”。其中Mg-RE系镁合金因其极高的实际使用价值而成为当前镁合金研究的热点。研究开发高强耐蚀稀土镁合金材料及其热处理工艺是当今镁合金研究领域的重要研究方向。合金化元素Al及热处理工艺对Mg-Y系稀土镁合金材料组织与性能影响的研究具有较为重要的理论应用及指导价值。本文采用X射线衍射测试(XRD)、金相显微组织观察(OM)、扫描电子显微镜观察(SEM)及附带的能谱分析谱(EDS)、硬度及拉伸试验、塔菲尔极化曲线及阻抗谱(EIS)等测试方法,研究了Al及热处理对Mg-4Y镁合金组织、力学及耐蚀性能的影响。得出结论如下:铸态Mg-4Y-xAl合金的显微组织由Al_2Y及Mg_(24)Y_5相组成。Al元素将与Y优先反应生成Al_2Y相。Mg-4Y-xAl合金的凝固过程为:在高温下从熔体中直接析出Al_2Y相,随后在630oC左右发生包晶反应形成具有Al_2Y核心的α-Mg晶粒,在低Al含量下,晶间剩余液相随后发生共晶反应生成α-Mg及Mg_(24)Y_5相;在高Al含量下,晶间剩余液相发生伪二元共晶反应生成α-Mg及Al_2Y相。随着Al含量的增加,合金的力学性能逐渐提高。铝含量为4%时,合金的最大屈服强度及抗拉强度为81 MPa、208MPa。随着Al含量的增加,极化曲线负移,但合金的腐蚀电流密度减小,高频容抗弧半径增大,合金的耐蚀能力显著提高。Mg-4Y-4Al合金的最佳固溶工艺为525oC/8h。Mg-4Y-xAl合金的显微组织由α-Mg及Al_2Y相组成。固溶处理后合金硬度及抗拉强度有所降低,但屈服强度及延伸率显著提高。而对于固溶态Mg-4Y-xAl合金,固溶态合金的力学性能随着Al含量的增加逐渐提高,而延伸率逐渐降低。合金的自腐蚀电流密度在固溶处理后显著降低,合金的耐蚀性能显著增加。当Al含量由1%增加至2%时,合金的极化曲线先负移,合金的腐蚀倾向增大,当Al含量增加至3%时,合金具有最高的自腐蚀电位-1.416V/SCE及最大的线性极化电阻724Ω·cm~2,固溶态Al含量为3%的合金具有最佳的耐腐蚀性能。Mg-4Y-4Al合金的最佳热处理工艺为525oC/8h+225oC/20 h。时效后,合金的力学性能显著提高,但耐蚀性能有所下降。Mg-4Y-xAl合金的显微组织由α-Mg、Mg_(24)Y_5及Al_2Y相组成。随着Al含量的增加,合金的室温抗拉强度及屈服强度逐渐增加,延伸率逐渐降低。当Al含量由1%增加到4%时,合金的抗拉强度由183.6MPa增加到245.3MPa,提高了33.6%;屈服强度由88.7MPa增加到121.8MPa,提高了37.3%。时效处理后合金的自腐蚀电流密度增大,耐蚀性能变差。随着Al含量的增加,合金的极化曲线正移,合金的腐蚀倾向降低。线性极化电阻随着Al含量的增加先增大,在Al含量为2%时达到最大值583Ω·cm~2,此时的腐蚀电流密度达到最小值4.407×10~(-5) A·cm~(-2),Al含量继续增加,在Al含量为4%时线性极化电阻减小至391Ω·cm~2,腐蚀电流密度增大至7.509×10~(-5) A·cm~(-2),合金的腐蚀性能变差。
【图文】：

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 燃烧热/(kJ·kg-1) 24900~26200相对原子量 24.3050 273K 电导率/106(Ω·m)-123原子体积/cm3·mol-114.0 熔化潜热/ kJ·kg-1360~377原子直径/nm 0.32 标准电极电位/V(甘汞电极) -1.83熔点/K 923±1 电阻率/ρ·(nΩ·m)-147沸点/K 1380±3 热导率/W·(cm·K)-11.57密度（室温）/g·cm-31.738 结晶时体积收缩率/% 3.97~4.2再结晶温度/K 423 液体表面张力（681oC）/N·m-10.563在常温常压下，镁元素为密排六方结构，无同素异构转变。镁元素单胞的原子结构如图 1.1所示[8]。金属材料的滑移系越多其塑性越好，镁因其密排六方结构具有的滑移系较少，其主次滑移系分别为{0001}<110>和{100}<110>，故镁合金材料的塑性较差[9,10]。镁合金独特的核外电子排布使其在自然条件下与多种物质发生反应，然而当环境中水分较少时，其即使与具有腐蚀性的苛性碱、碳酸钠、碳氢有机化合物放在一起也具有比较稳定的化学性质[11]。

图 1. 2 镁合金局部腐蚀示意图部腐蚀如图 1.2 所示[21]。在镁基体上形成的不稳定的伪钝化氢氧化例如 CO2）或 Cl-1、NO3-等离子存在的液体中时，伪钝化氢氧化物金基体提供长久的保护作用，这将使点蚀产生。①重金属杂质颗粒；②在 Al 含量高的合金中，腐蚀点沿着 Mg17Al12相选择性的形成落；③隙间（裂隙）和纤维桩腐蚀。然是一种易腐蚀的金属，但其腐蚀敏感性对于氧浓度的变化不太，间腐蚀。沿金属表面移动的活性腐蚀电池可引起纤维腐蚀，纤维腐尾部是阴极。合金元素作为一种重要的合金化元素，具有其独特的核外电子排布，在冶金不可取代的作用，，稀土元素可改变第二相的形态、细化合金组织、净腐蚀性能及力学性能等[25]。稀土元素是元素周期表第ⅢB 族中原子
【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;TG166.4

【参考文献】

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本文编号：2596469