合金化元素对镁合金耐蚀性能的影响

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镁合金由于具有质量轻、比强度和比刚度高、价格低廉、易回收利用等优点,被广泛应用于汽车、航空航天、3C(计算机、通讯、消费类电子产品)产品、医学等众多领域。但其较高的化学和电化学活性极大地阻碍了镁合金发挥其性能优势。添加合金化元素是制备高性能镁合金的方法之一,可在提高镁合金力学性能的同时增强其耐蚀性能。因此,本论文主要研究了合金化元素对镁合金耐蚀性能的影响,这对促进镁合金的广泛应用具有一定意义。采用自腐蚀电位-时间曲线、极化曲线、电化学阻抗谱方法考察了不同合金化元素对Mg-Al基合金耐蚀性能的影响,确定出提高耐蚀性能的最佳合金化元素含量。同时采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能量色散谱等研究了合金的微观形貌及其组分,并用X射线光电子能谱研究腐蚀产物的组成。结果表明:在AZ31镁合金中加入不同含量(0、0.3、0.6、0.9、1.2wt.%)Sr元素,AZ31-0.9Sr镁合金的耐蚀性能比AZ31镁合金高65.94%,说明添加0.9wt.%Sr对提高AZ31镁合金的耐蚀性能最为有利。对显微组织及腐蚀产物的分析表明AZ31-0.9Sr镁合金的晶粒较AZ31镁合金得到细化,所以其微观组织就更加均匀,同时适量弱阴极含Sr化合物的形成,更多更连续沿晶界分布的析出物都可使合金中微电偶电池的数量得到减少,利于耐蚀性能的提高。另外,AZ31-0.9Sr镁合金中孔洞状结构的消失、稳定的腐蚀产物膜的形成也是其耐蚀性能最佳的原因。在添加0.5wt.%Sr的基础上,于AZ31镁合金中再添加不同含量(0.5、1.0、1.5、2.0wt.%)的稀土Y,其中AZ31-0.5Sr-1.5Y镁合金的耐蚀性能最佳,比AZ31镁合金高63.02%。经分析发现是由于0.5Sr+1.5Y加入AZ31镁合金细化了晶粒而使微观组织更为均匀、适量含Sr含Y新相的生成减少了微电偶电池的数量,同时还和腐蚀产物膜的稳定性有关。但是过量添加Y元素比如2.0wt.%Y则会造成较严重的成分偏析,从而引起弱阴极相的富集,形成较强阴极相,增加阴极极化行为,造成局部微电偶腐蚀电流增大,反而不利于合金耐蚀性能的提高。不同含量(1.0、2.0wt.%)的稀土Y加入Mg-5Al-1Sr-2Ca镁合金可使其显微组织细化,同时生成弱阴极相Al2Y和更多稳定相Al2Ca,有利于减少微电偶电池的数量,使Mg-5Al-1Sr-2Ca镁合金腐蚀电流密度降低一个数量级,从而提高其耐蚀性能。其中Mg-5Al-1Sr-2Ca-1Y镁合金显微组织的镁基相中含有Y,而Y固溶于镁基相能增加合金表面膜的保护性,故Mg-5Al-1Sr-2Ca-1Y镁合金耐蚀性能最佳。
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