【摘 要】
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镁合金是一种性能优良的合金材料,具备比重轻、比强度高、铸造性好等优点,在交通运输、航空航天等领域得到普遍的运用,被认为是最具前途的材料之一。但镁合金在机械性能和耐蚀性方面相比其他工程材料仍显不足,这严重限制了镁合金的适用范围,因此,如何改进这种合金的性能就成为人们研究的重点。钕(Nd)元素是镁合金合金化中常用的稀土元素,在Mg-Nd二元体系中,含有少量Nd的镁合金就能实现较好的析出强化效果,从而使
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镁合金是一种性能优良的合金材料,具备比重轻、比强度高、铸造性好等优点,在交通运输、航空航天等领域得到普遍的运用,被认为是最具前途的材料之一。但镁合金在机械性能和耐蚀性方面相比其他工程材料仍显不足,这严重限制了镁合金的适用范围,因此,如何改进这种合金的性能就成为人们研究的重点。钕(Nd)元素是镁合金合金化中常用的稀土元素,在Mg-Nd二元体系中,含有少量Nd的镁合金就能实现较好的析出强化效果,从而使合金的力学性能得到显著改善。同时,科学家们还发现Nd元素在改进镁合金的耐腐蚀性能方面也有积极作用,因此,以Nd元素为核心添加元素来开发新式Mg-Nd合金是很有研究意义的。本文以镁钕二元合金作为研究对象,通过调整Nd元素含量,制备铸态Mg-1Nd、Mg-2Nd和Mg-3Nd合金,借助浸泡测试、电化学实验、组织观察、物相分析等方法,系统性研究Mg-Nd二元合金在典型海洋环境如硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria,SRB)、氯化钠(Na Cl)环境下的腐蚀行为,得到合金在SRB和Na Cl介质影响下的腐蚀规律。同时,以Mg-Nd二元合金为对象进行热处理,研究固溶(T4)、峰时效(TE)态合金各自的微观组织、力学性能及耐腐蚀性能,从而确定不同热处理工艺对镁合金造成的影响。铸态Mg-Nd二元合金的微观形貌是经典的枝晶结构,晶粒尺寸偏大,合金组织由α-Mg基体和第二相(Mg12Nd)组成。Nd含量从1%升至3%后,合金晶粒细化,生成的第二相增多,第二相也开始从点状、短棒状间断不连续分布逐步向连续网状分布过渡。腐蚀实验表明,在SRB和Na Cl两种环境下,加入1%Nd元素的Mg-1Nd合金的腐蚀速率最低,Mg-3Nd合金的腐蚀速率其次,Mg-2Nd合金腐蚀速率最高;随着Nd含量的增加,铸态Mg-Nd二元合金在SRB和Na Cl溶液中的腐蚀速率先升高后降低,铸态Mg-Nd二元合金在SRB环境中的腐蚀速率要远远低于在Na Cl介质中。热处理会对合金的微观结构和腐蚀行为产生重要影响,固溶(T4)处理后,合金内的Mg12Nd相大部分固溶进a-Mg基体中,产生过饱和固溶体。峰时效(TE)处理后,固溶进基体的Mg12Nd相会重新弥散析出。在3.5%Nacl腐蚀介质中,固溶(T4)处理的合金腐蚀速率最低,峰时效(TE)处理的合金其次,铸态(F)合金的腐蚀速率最高。在SRB溶液中,固溶态和峰时效态合金的腐蚀速率依然远低于铸态合金,但是固溶态和峰时效态合金的腐蚀速率比较接近。在3.5%Na Cl腐蚀介质中,合金的腐蚀机制为局部腐蚀,主要表现为电偶腐蚀引起的窄深型点蚀。浸泡时间越长,合金腐蚀越严重,这主要是因为生成的腐蚀产物疏松多孔,无法起到保护合金基体的作用。在SRB溶液中,Mg-Nd二元合金的腐蚀特征是以宽浅型点蚀为主的局部腐蚀,其腐蚀程度远远弱于在氯化钠溶液中。硫酸盐还原菌可以在合金表面附着、繁殖并形成完整的生物膜。随着浸泡时间的增加,生物膜不断扩张完善,完整的生物膜一方面会侵蚀合金基体,另一方面可以降低溶液对合金的侵蚀作用,起到保护效果。
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