Gd元素对ZM61镁合金腐蚀性能的影响机理研究

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镁合金作为最轻的金属结构材料具有众多优点,如低密度,高的比强度和比刚度,独特的阻尼减振性以及优良的铸造性能等,使其成为当代最具有发展潜力的新型结构材料之一。然而,相比于目前广泛使用的钢铁、铝、钛等其它结构材料来说,镁及其合金在性能上还存在一定差距。特别是较低的绝对强度和差的耐蚀性成为制约镁及其合金进一步发展的最主要的两大因素。目前,科研界及产业界常采用合金化的方法来提高镁合金力学性能,特别是稀土元素的使用更是促使了一批高强度、高塑性的新型镁合金的出现。其中,钆(Gd元素)作为最重要的稀土元素之一,可以在一定程度上改善镁合金的塑性,但研究Gd元素的加入镁合金对耐蚀性的影响还不清楚。为了探究Gd元素的加入对镁合金耐蚀性的影响,本课题以ZM61镁合金为基体合金,向其添加稀土Gd元素,制备出含Gd元素量(质量百分比)分别为0、0.2、1.0、3.0、6.0的ZM61-xGd镁合金。论文通过金相显微镜、扫描电镜、能谱分析及XRD物相分析等手段对不同状态的ZM61-xGd镁合金的微观组织形貌进行了系统表征;同时,采用浸泡实验,析氢实验,电化学测试实验(极化曲线,开路电位,电化学阻抗谱)等方法对合金的腐蚀性能进行了测试。通过系统分析试样的腐蚀性能及腐蚀实验前后试样表面的微观结构特征,研究稀土Gd元素的添加对合金耐蚀性的影响机制。论文取得了如下结论:(1)稀土Gd元素能有效降低ZM61-xGd镁合金的晶粒尺寸,且随着Gd元素添加量的增加其晶粒尺寸而呈降低趋势,同时,合金中第二相的种类及数量也随之增加,除了Mg7Zn3之外,开始出现含Gd元素的I相(Mg3Zn6Gd)和W相(Mg3Zn3Gd2)。(2)Gd元素的添加对铸态ZM61-xGd镁合金耐蚀性的影响有先升高后降低的趋势(ZM61-1.0Gd>ZM61-0.2Gd>ZM61>ZM61-3.0Gd>ZM61-6.0Gd)。在铸态ZM61-xGd镁合金中,Gd元素含量不超过1.0 wt%时,所产生的晶粒细化一定程度上可以促使镁合金发生均匀的全面腐蚀,且晶界上形成的网状第二相能有效阻止腐蚀的继续进行,从而提高其耐蚀性;但Gd元素含量超过1.0 wt%时,第二相的种类及含量均增多,分布区域增加,形成更多的微电偶腐蚀区域,耐蚀性下降。(3)Gd元素的添加降低挤压态ZM61-xGd镁合金的耐蚀性。在挤压过程中,能有效阻止腐蚀深入进行的网状第二相破碎,散乱分布在基体中,腐蚀电偶对数量增加,从而腐蚀速率加快,耐蚀性降低,耐蚀性趋势如下:ZM61>ZM61-3.0Gd>ZM61-6.0Gd>ZM61-0.2Gd>ZM61-1.0Gd。(4)Gd元素的添加降低双级时效态ZM61-xGd镁合金的耐蚀性,且呈一定线性关系。ZM61-xGd镁合金在双级时效过程中,在晶界和晶内析出大量细小弥散的粒状第二相,使发生微电偶腐蚀的区域增加,耐蚀性下降;其耐蚀性趋势如下:ZM61>ZM61-0.2Gd>ZM61-1.0Gd>ZM61-6.0Gd>ZM61-3.0Gd。
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