【摘要】：現(xiàn)今,石油礦產(chǎn)等資源日益枯竭,節(jié)能環(huán)保成為人類未來社會(huì)的發(fā)展方向,鎂合金因其比重輕,比強(qiáng)度和比剛度高,可循環(huán)利用綠色無污染等一系列優(yōu)點(diǎn),被譽(yù)為21世紀(jì)的“綠色工程材料”。其中Mg-RE系鎂合金因其極高的實(shí)際使用價(jià)值而成為當(dāng)前鎂合金研究的熱點(diǎn)。研究開發(fā)高強(qiáng)耐蝕稀土鎂合金材料及其熱處理工藝是當(dāng)今鎂合金研究領(lǐng)域的重要研究方向。合金化元素Al及熱處理工藝對(duì)Mg-Y系稀土鎂合金材料組織與性能影響的研究具有較為重要的理論應(yīng)用及指導(dǎo)價(jià)值。本文采用X射線衍射測(cè)試(XRD)、金相顯微組織觀察(OM)、掃描電子顯微鏡觀察(SEM)及附帶的能譜分析譜(EDS)、硬度及拉伸試驗(yàn)、塔菲爾極化曲線及阻抗譜(EIS)等測(cè)試方法,研究了Al及熱處理對(duì)Mg-4Y鎂合金組織、力學(xué)及耐蝕性能的影響。得出結(jié)論如下:鑄態(tài)Mg-4Y-xAl合金的顯微組織由Al_2Y及Mg_(24)Y_5相組成。Al元素將與Y優(yōu)先反應(yīng)生成Al_2Y相。Mg-4Y-xAl合金的凝固過程為:在高溫下從熔體中直接析出Al_2Y相,隨后在630oC左右發(fā)生包晶反應(yīng)形成具有Al_2Y核心的α-Mg晶粒,在低Al含量下,晶間剩余液相隨后發(fā)生共晶反應(yīng)生成α-Mg及Mg_(24)Y_5相;在高Al含量下,晶間剩余液相發(fā)生偽二元共晶反應(yīng)生成α-Mg及Al_2Y相。隨著Al含量的增加,合金的力學(xué)性能逐漸提高。鋁含量為4%時(shí),合金的最大屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度為81 MPa、208MPa。隨著Al含量的增加,極化曲線負(fù)移,但合金的腐蝕電流密度減小,高頻容抗弧半徑增大,合金的耐蝕能力顯著提高。Mg-4Y-4Al合金的最佳固溶工藝為525oC/8h。Mg-4Y-xAl合金的顯微組織由α-Mg及Al_2Y相組成。固溶處理后合金硬度及抗拉強(qiáng)度有所降低,但屈服強(qiáng)度及延伸率顯著提高。而對(duì)于固溶態(tài)Mg-4Y-xAl合金,固溶態(tài)合金的力學(xué)性能隨著Al含量的增加逐漸提高,而延伸率逐漸降低。合金的自腐蝕電流密度在固溶處理后顯著降低,合金的耐蝕性能顯著增加。當(dāng)Al含量由1%增加至2%時(shí),合金的極化曲線先負(fù)移,合金的腐蝕傾向增大,當(dāng)Al含量增加至3%時(shí),合金具有最高的自腐蝕電位-1.416V/SCE及最大的線性極化電阻724Ω·cm~2,固溶態(tài)Al含量為3%的合金具有最佳的耐腐蝕性能。Mg-4Y-4Al合金的最佳熱處理工藝為525oC/8h+225oC/20 h。時(shí)效后,合金的力學(xué)性能顯著提高,但耐蝕性能有所下降。Mg-4Y-xAl合金的顯微組織由α-Mg、Mg_(24)Y_5及Al_2Y相組成。隨著Al含量的增加,合金的室溫抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度逐漸增加,延伸率逐漸降低。當(dāng)Al含量由1%增加到4%時(shí),合金的抗拉強(qiáng)度由183.6MPa增加到245.3MPa,提高了33.6%;屈服強(qiáng)度由88.7MPa增加到121.8MPa,提高了37.3%。時(shí)效處理后合金的自腐蝕電流密度增大,耐蝕性能變差。隨著Al含量的增加,合金的極化曲線正移,合金的腐蝕傾向降低。線性極化電阻隨著Al含量的增加先增大,在Al含量為2%時(shí)達(dá)到最大值583Ω·cm~2,此時(shí)的腐蝕電流密度達(dá)到最小值4.407×10~(-5) A·cm~(-2),Al含量繼續(xù)增加,在Al含量為4%時(shí)線性極化電阻減小至391Ω·cm~2,腐蝕電流密度增大至7.509×10~(-5) A·cm~(-2),合金的腐蝕性能變差。
【圖文】：

性質(zhì) 數(shù)值 性質(zhì) 數(shù)值原子序數(shù) 12 汽化潛熱/kJ·kg-15150~5400原子價(jià) 2 燃燒熱/(kJ·kg-1) 24900~26200相對(duì)原子量 24.3050 273K 電導(dǎo)率/106(Ω·m)-123原子體積/cm3·mol-114.0 熔化潛熱/ kJ·kg-1360~377原子直徑/nm 0.32 標(biāo)準(zhǔn)電極電位/V(甘汞電極) -1.83熔點(diǎn)/K 923±1 電阻率/ρ·(nΩ·m)-147沸點(diǎn)/K 1380±3 熱導(dǎo)率/W·(cm·K)-11.57密度（室溫）/g·cm-31.738 結(jié)晶時(shí)體積收縮率/% 3.97~4.2再結(jié)晶溫度/K 423 液體表面張力（681oC）/N·m-10.563在常溫常壓下，鎂元素為密排六方結(jié)構(gòu)，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。鎂元素單胞的原子結(jié)構(gòu)如圖 1.1所示[8]。金屬材料的滑移系越多其塑性越好，鎂因其密排六方結(jié)構(gòu)具有的滑移系較少，其主次滑移系分別為{0001}<110>和{100}<110>，故鎂合金材料的塑性較差[9,10]。鎂合金獨(dú)特的核外電子排布使其在自然條件下與多種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，然而當(dāng)環(huán)境中水分較少時(shí)，其即使與具有腐蝕性的苛性堿、碳酸鈉、碳?xì)溆袡C(jī)化合物放在一起也具有比較穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)[11]。

圖 1. 2 鎂合金局部腐蝕示意圖部腐蝕如圖 1.2 所示[21]。在鎂基體上形成的不穩(wěn)定的偽鈍化氫氧化例如 CO2）或 Cl-1、NO3-等離子存在的液體中時(shí)，偽鈍化氫氧化物金基體提供長(zhǎng)久的保護(hù)作用，這將使點(diǎn)蝕產(chǎn)生。①重金屬雜質(zhì)顆粒；②在 Al 含量高的合金中，腐蝕點(diǎn)沿著 Mg17Al12相選擇性的形成落；③隙間（裂隙）和纖維樁腐蝕。然是一種易腐蝕的金屬，但其腐蝕敏感性對(duì)于氧濃度的變化不太，間腐蝕。沿金屬表面移動(dòng)的活性腐蝕電池可引起纖維腐蝕，纖維腐尾部是陰極。合金元素作為一種重要的合金化元素，具有其獨(dú)特的核外電子排布，在冶金不可取代的作用，，稀土元素可改變第二相的形態(tài)、細(xì)化合金組織、凈腐蝕性能及力學(xué)性能等[25]。稀土元素是元素周期表第ⅢB 族中原子
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.22;TG166.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2596469