论文部分内容阅读
镁合金是目前最轻的商用金属结构材料,与铝和钢相比,镁由于密度低、质量轻而具有明显的结构性能优势。但是,镁的标准电极电位为-2.37V,是工程应用中最活泼的金属,故镁合金在潮湿的空气或水溶液中均会遭受严重的电化学腐蚀。镁在空气中易生成一层很薄的氧化膜(Mg O),该膜疏松多孔,脆性较大,远不如铝及铝合金的氧化膜致密,因而耐蚀性很差,制约了镁合金在工程领域的广泛应用。Mg-RE-Zn镁合金是当前镁合金领域的一个研究热点,其主要原因是合金中存在的具有特殊结构的LPSO相可大幅度提高镁合金的力学性能,因而有望应用于工程领域。但在Mg-RE-Zn镁合金实际应用前,其较差的耐蚀性都是首要研究和解决的问题。本文选择Mg-Zn-Y和Mg-Zn-Gd两种常见的LPSO相镁合金,并在这两种合金的基础上尝试添加少量的合金元素Sn,通过成分设计、热处理工艺和合金化等对LPSO相的含量、形貌和分布进行调控,并研究其对耐腐蚀性能的影响,以期为高强高耐蚀镁合金的成分设计及组织调控提供参考。在研究LPSO相镁合金之前,我们分别研究了LPSO相的形成元素Zn、Y和Gd对镁合金耐腐蚀性能的影响。这三种元素与Mg形成的第二相均为阴极相,促进微电偶腐蚀。Mg Zn2相的含量对Mg-Zn合金的耐腐蚀性能的影响并不大。固溶于镁基体的Y可参与氧化膜的形成,提高Mg-Y合金的耐蚀性。Gd固溶于镁基体也能提高Mg-Gd合金的耐蚀性。但对于Mg-Gd合金总体来说,其自腐蚀电流密度比纯镁高了一个数量级。在Mg-Zn-Y合金中,我们设计了铸态的Mg(100-7x/3)ZnxY(4x/3)(x=0.6、1、2、3 at.%)合金,并对Mg95.33Zn2Y2.67合金进行了挤压和热处理。铸态下,合金只有LPSO相,其含量随Zn、Y含量的增加而增加,该相具有与Mg-Al合金中的β-Mg17Al12相类似的作用,既可作为阴极相加速腐蚀,也可作为腐蚀壁垒阻碍腐蚀。Mg95.33Zn2Y2.67合金中LPSO相的尺寸较大,分布较连续,可阻碍腐蚀。Mg93Zn3Y4合金中的LPSO相含量过高,层状及块状LPSO相连接成片,腐蚀过程中易脱落,使得LPSO相的阻挡作用有所减弱。铸态Mg95.33Zn2Y2.67合金经热处理、挤压和挤压热处理后,耐蚀性得到不同程度地提高,而挤压热处理可显著提高合金的耐蚀性。在Mg-Zn-Gd合金中,我们设计了铸态的Mg(100-7x/3)ZnxGd(4x/3)(x=0.6、1、2 at.%)合金,并进行了不同工艺的热处理。铸态下,合金中只有W相,该相具有与Mg-Al合金中的β-Mg17Al12相类似的作用,既可作为阴极相加速腐蚀,也可作为腐蚀壁垒阻碍腐蚀。热处理后合金的耐蚀性均得到不同程度地提高,尤其是时效处理(T6和T6F)后的合金,其耐蚀性分别提高了98.5%(T6)和97%(T6F),主要得益于晶粒内部析出的层状LPSO相。Mg98.6Zn0.6Gd0.8和Mg97.67Zn1Gd1.33合金经T6处理后,基体内部析出了少量的层状LPSO相,但都远低于Mg95.34Zn2Gd2.66合金中的LPSO相含量,合金的耐蚀性随LPSO相含量的增加而提高。最后,我们在Mg95.33Zn2Y2.67和Mg95.34Zn2Gd2.66合金的基础上添加少量的Sn元素。Sn的添加有利于促进Mg95.33Zn2Y2.67合金中的LPSO相以层片状的形式存在,使得腐蚀产物层与LPSO相形成的保护层更加致密,有效阻碍阳极镁溶解,耐蚀性得到较大程度地提高。而Sn虽然可促进Mg95.34Zn2Gd2.66合金中LPSO相的形成,但Sn同时与Gd结合,形成大块Mg-Zn-Gd-Sn四元相,该相作为阴极相促进阴极析氢反应,降低合金的耐蚀性。