稀土镁合金微观组织及腐蚀性能的研究

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高性能镁合金在汽车方面的应用已逐步成熟,镁合金的强韧性、高温性能已经得到大幅度的提升,但较差的耐腐蚀性能是阻碍镁合金应用的主要因素。目前,关于Nd对Mg-Al-Zn合金腐蚀性能的影响的研究还不够完善,因此,研究Nd对Mg-Al-Zn合金腐蚀性能的影响,探讨热处理工艺对含钕镁合金的腐蚀机理具有十分重要的实际意义。本论文分别通过光学显微镜,XRD衍射仪、扫描电镜、布氏硬度仪盐水浸泡实验和电化学测试系统等分析设备和研究方法研究热处理下Nd对AZ80镁合金的影响,通过分析不同热处理状态下Nd对AZ80镁合金显微组织及腐蚀性能的影响,比较AZ80镁合金与AZ80+1%Nd镁合金组织及腐蚀行为的差异,探明AZ80及AZ80+1%Nd镁合金腐蚀性能的原因。结果表明:加入1%Nd能有效改善AZ80镁合金的微观组织结构,使连续网状分布的Mg17Al12相转变为细小不连续分布的骨骼状分布,并产生了热稳定性高的杆状相Al3Nd相和块状相Al2Nd相。固溶态下Mg17Al12相溶于α-Mg基体中,Al从饱和固溶体中形成Al3Mg2相,稀土相Al3Nd相和Al2Nd相基本不溶于基体。时效态下,较高温度下时效析出β相连续分布于晶内和晶间,较低温度下时效析出相不连续弥散分布于晶界处。实验确定的AZ80镁合金最佳固溶处理工艺为420℃×12h,时效处理工艺为175℃×28h,其时效峰值为75.5HB,AZ80+1%Nd镁合金最佳固溶处理工艺为420℃×12h,时效处理工艺为175℃×36h,其时效峰值为78HB,硬度提高的原因是Nd细化了Mg17Al12相,并生成硬度值更高的Al3Nd相。AZ80和AZ80+1%Nd镁合金在5%NaCl溶液中浸泡3天后发现,两种合金腐蚀速率随热处理状态的变化规律相同,即VT4>VF>VT6,铸态和固溶态下Nd的加入明显减少了AZ80镁合金的腐蚀速率,这是因为Nd的加入消耗了β相形成稳定性更好的Al3Nd相,同时使β相细小,提高了合金的耐腐蚀性,此外在腐蚀过程中Nd以Nd2O3的形式存在提高了合金钝化膜的致密性,从而提高了合金的耐腐蚀性能;时效态AZ80+1%Nd镁合金耐腐蚀性能最佳,这是因为β相成细小离散棱柱状分布于晶界处,其腐蚀产物膜致密且均匀阻碍腐蚀的进行,而且Nd以Nd2O3的形式存在提高了合金钝化膜的致密性,进一步提高合金的耐腐蚀性能。两种合金电化学腐蚀实验结果表明AZ80镁合金及AZ80+1%Nd镁合金的析氢腐蚀为阳极控制,其腐蚀速率的增加伴随相应的腐蚀电位变负,合金表面极化度越明显,合金腐蚀速率越低,阳极控制越明显,其耐腐蚀性能越强。综上所述,时效态AZ80+1%Nd镁合金的耐腐蚀性能最佳。
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