Mg-RE-Zn系镁合金中LPSO相的调控及其对腐蚀行为的影响

发布时间：2017-07-30 16:15

  本文关键词：Mg-RE-Zn系镁合金中LPSO相的调控及其对腐蚀行为的影响

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【摘要】：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。
【关键词】：镁合金 LPSO相 合金化 显微组织 耐蚀性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 前言9-10
• 1.2 镁合金的腐蚀研究现状10-15
• 1.2.1 镁合金腐蚀机理和腐蚀行为10-13
• 1.2.2 镁合金腐蚀的分类及特点13-15
• 1.3 合金化影响镁合金的腐蚀15-18
• 1.3.1 合金元素的影响15-16
• 1.3.2 合金化提高镁合金耐腐蚀性能的原理16-18
• 1.4 Mg-RE-Zn镁合金研究现状18-20
• 1.4.1 Mg-RE-Zn镁合金及LPSO相的调控18-19
• 1.4.2 Mg-RE-Zn LPSO相镁合金腐蚀行为19-20
• 1.4.3 合金化对Mg-RE-Zn LPSO相镁合金的影响20
• 1.5 本文研究目的和主要内容20-23
• 1.5.1 研究目的20-21
• 1.5.2 主要内容21-23
• 2 元素(Zn、Y、Gd)对镁合金耐腐蚀性能的影响23-37
• 2.1 引言23
• 2.2 实验过程与测试方法23-25
• 2.2.1 实验过程23-24
• 2.2.2 测试方法24-25
• 2.3 实验结果与讨论25-34
• 2.3.1 Zn对镁合金耐腐蚀性能的影响25-28
• 2.3.2 Y对镁合金耐腐蚀性能的影响28-31
• 2.3.3 Gd对镁合金耐腐蚀性能的影响31-34
• 2.4 本章小结34-37
• 3 Mg-Zn-Y LPSO相合金腐蚀行为研究37-55
• 3.1 引言37
• 3.2 实验过程与测试方法37-39
• 3.2.1 实验过程37-38
• 3.2.2 测试方法38-39
• 3.3 实验结果与讨论39-53
• 3.3.1 LPSO相含量对Mg-Zn-Y合金耐腐蚀性能的影响39-48
• 3.3.2 热处理和挤压对LPSO相的调控及耐腐蚀性能的影响48-53
• 3.4 本章小结53-55
• 4 Mg-Zn-Gd LPSO相合金腐蚀行为研究55-75
• 4.1 引言55
• 4.2 实验过程与测试方法55-57
• 4.2.1 实验过程55-56
• 4.2.2 测试方法56-57
• 4.3 实验结果与讨论57-73
• 4.3.1 铸态Mg-Zn-Gd合金的腐蚀行为57-59
• 4.3.2 热处理工艺对Mg-Zn-Gd合金中LPSO相的调控及其对耐腐蚀性能的影响59-71
• 4.3.3 LPSO相含量对Mg-Zn-Gd合金耐腐蚀性能的影响71-73
• 4.4 本章小结73-75
• 5 Sn对Mg-RE-Zn LPSO相的调控及腐蚀行为研究75-97
• 5.1 引言75
• 5.2 实验过程与测试方法75-77
• 5.2.1 实验过程75-76
• 5.2.2 测试方法76-77
• 5.3 实验结果与讨论77-95
• 5.3.1 Sn对纯镁耐腐蚀性能的影响77-88
• 5.3.2 Sn对Mg-Zn-Y LPSO相合金组织及耐腐蚀性能的影响88-91
• 5.3.3 Sn对Mg-Zn-Gd LPSO相合金组织及耐腐蚀性能的影响91-95
• 5.4 本章小结95-97
• 6 结论97-99
• 致谢99-101
• 参考文献101-109
• 附录109
• A．作者攻读硕士学位期间发表的论文109
• B．作者攻读硕士学位期间获得的奖励109

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1 李阳;Mg-RE-Zn系镁合金中LPSO相的调控及其对腐蚀行为的影响[D];重庆大学;2015年

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本文编号：595073