Mg-Al-Zn-xCa合金微观组织与耐蚀性能的研究

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镁合金是目前最轻的金属结构材料之一,具有密度小、比强度和比刚度高,电磁屏蔽性、减震性好以及优良的铸造性能和机械加工性能,在航天航空、电子信息、汽车工业、民用家电等领域得到广泛的应用。但是,镁合金的耐蚀性能较差,严重阻碍了其进一步应用与发展。本文着重研究了Ca合金化对Mg-Al-Zn系合金微观组织和耐蚀性能的影响,并确定耐蚀效果佳的Ca含量。利用光学显微镜、扫描电镜及X射线衍射仪研究了Ca对Mg-Al-Zn系合金铸态和热处理态微观组织的影响。结果表明:Ca有细化铸态合金晶粒的作用,在铸态合金中Ca主要以骨头状的Al4Ca化合物形式存在。当Ca的添加量为0.5%时,合金中未发现新相;当Ca含量为1.0%和1.5%时,合金中出现新相Al4Ca,且呈骨头状弥散分布在基体中。固溶时效处理后,Mg-Al-Zn-xCa合金中的β-Mg17Al12沿着晶界不连续析出,有的也在晶粒中间析出,含Ca合金的晶粒比未含Ca合金的晶粒细小,其中Mg-Al-Zn-1.0Ca合金的晶粒尺寸最小,为28μm,比不加Ca时降低了54.1%,且组织均匀化程度最高。利用电化学、静态腐蚀失重、盐雾腐蚀等方法研究了Ca对Mg-Al-Zn系合金铸态和热处理态耐蚀性能的影响。结果表明:在电化学腐蚀实验中,铸态合金与固溶时效热处理后合金的极化曲线趋势基本一致,含Ca合金的腐蚀电位高于未含Ca的合金,腐蚀电流密度低于未含Ca的合金。由此可知,Ca的加入可以提高Mg-Al-Zn系合金的腐蚀电位,降低腐蚀电流密度,使合金的极化曲线向正方向移动,减小了合金的腐蚀速率,从而提高了合金的耐蚀性能,其中以Mg-Al-Zn-1.0Ca合金的耐蚀性最好。静态失重实验表明,铸态含Ca合金的平均腐蚀速率低于不含Ca的合金;固溶时效热处理态合金平均腐蚀速率变化趋势与铸态合金基本一致,但固溶时效处理合金的平均腐蚀速率比铸态合金低得多,其中Mg-Al-Zn-1.0Ca合金的腐蚀速率最小,说明耐蚀性能最好。盐雾腐蚀实验结果显示,铸态含Ca合金的腐蚀程度低于不含Ca的合金。经过固溶时效处理后,含Ca合金的耐蚀性能比铸态提高,其中Mg-Al-Zn-1.0Ca合金的耐蚀性能最好。Ca能够提高Mg-Al-Zn系合金的耐蚀性能,合金的腐蚀速率随Ca含量的增加而变化,含1.0% Ca合金的耐蚀性能最好,盐雾腐蚀法、电化学曲线法、静态腐蚀失重法结果基本一致。研究发现,铸态Mg-Al-Zn-xCa合金的腐蚀产物为Mg(OH)2、MgO和β-Mg17Al12;固溶时效处理后合金的腐蚀产物为Mg(OH)2、MgO,未发现β-Mg17Al12,这说明固溶时效热处理可以改变β相的形态与分布,使其耐腐蚀性增强。两腐蚀产物中均没有发现含Ca的化合物,说明Al4Ca相具有一定的耐蚀性能。研究了Mg-Al-Zn-xCa合金微观组织与耐蚀性能的关系。结果发现:无论铸态还是热处理态,Ca的加入,使α-Mg相的晶粒尺寸减小,β-Mg17Al12相的分布更加细小、弥散、均匀,并与腐蚀产物、第二相Al4Ca在基体表面阻碍了腐蚀行为的发生,降低了腐蚀电流,提高了耐蚀性能。“Ca对合金晶粒的细化和第二相Al4Ca分布的作用”是Ca对Mg-Al-Zn系合金腐蚀行为的影响机制。
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