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AM60镁合金中稀土元素sm作用下的显微组织和耐腐蚀性变化

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科技展望 2017年第8期27卷 67-67页

作者：李格格赵子鹏张大伟李景景黄志求佳木斯大学材料学院

镁合金是目前大量使用的金属材料中密度最小的一种,它具有众多优良的机械特性,广泛运用于发动机、压缩机等高科技领域。在种类繁多的镁合金中,AM60的应用最为广泛。本文使用稀土元素sm对镁合金AM60进行处理,运用高精度的电子显微镜、扫... 详细信息

镁合金是目前大量使用的金属材料中密度最小的一种,它具有众多优良的机械特性,广泛运用于发动机、压缩机等高科技领域。在种类繁多的镁合金中,AM60的应用最为广泛。本文使用稀土元素sm对镁合金AM60进行处理,运用高精度的电子显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等高精度的手段研究sm元素对镁合金组织的影响。

关键词：镁合金稀土元素sm 耐腐蚀性显微组织

稀土元素对Al-Si合金微观组织和力学性能的影响

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稀土元素对Al-Si合金微观组织和力学性能的影响

作者：李进宝兰州理工大学

学位级别：硕士

本文以Al-20%Si合金为研究对象,研究了单一稀土元素sm或Yb以及Yb和Al-5Ti-1B复合变质对Al-20%Si合金微观组织和力学性能的影响。稀土元素sm、Yb对Al-20%Si合金组织中初生Si相和共晶Si相有优良的变质作用。与未变质时Al-20%Si合金的组织... 详细信息

本文以Al-20%Si合金为研究对象,研究了单一稀土元素sm或Yb以及Yb和Al-5Ti-1B复合变质对Al-20%Si合金微观组织和力学性能的影响。稀土元素sm、Yb对Al-20%Si合金组织中初生Si相和共晶Si相有优良的变质作用。与未变质时Al-20%Si合金的组织相比,当sm的含量为0.6%时,初生Si相全部转变为端部和边缘钝化的细小块状,均匀分布于共晶基体上,且其平均尺寸由未变质时的108μm减小到35μm;共晶Si完全变质为细小的纤维状,片层间距大幅度减小。当Yb的含量为0.5%时,初生Si的形态转变为细小均匀的块状,且初生Si的平均尺寸减小到48μm,相应的共晶Si转变为细小的珊湖状纤维组织。Al-5Ti-1 B能使Al-20%S i合金组织中初生S i和共晶S i的平均尺寸有所减小,但不能改变其形貌。Yb和Al-5Ti-1B组成的复合变质剂对Al-20%Si合金组织中的α-Al相、初生Si和共晶Si具有优良的变质效果。当Yb和Al-5Ti-1B的含量分别为0.5%和0.3%时,粗大的α-Al枝晶细化成尺寸较小的等轴枝晶,二次枝晶间距与未变质时相比显著减小;初生Si完全转变为细小规则、均匀分布的块状,平均尺寸减小到28μm;共晶Si完全转变为细小的颗粒状、短板状和纤维状。Al-20%Si合金经过单一的S m、Yb变质处理后,其抗拉强度和断后延伸率均得到了很大的提高。当sm的含量为0.6%时,Al-20%Si合金的抗拉强度由未变质时的101MPa提高到153MPa,提高了48.5%,相应的断后延伸率由未变质时的0.45%提高到0.76%,提高了68.8%。当Yb的含量为0.5%时,合金的强拉强度由未变质时的93MPa提高到153MPa,相应的断后延伸率从0.41%提高到0.7 1%,分别提高了6 4.5%和7 3.6%。单独添加Al-5 Ti-1 B变质剂时,对Al-20%S i合金的力学性能没有明显的影响,但Yb和Al-5Ti-1B的复合变质对Al-20%Si合金的力学性能有非常显著的影响。当复合添加0.5%Yb和0.3%Al-5Ti-1B时,Al-20%S i合金对应的抗拉强度和断后延伸率分别为1 6 9 M P a和0.7 3%,与未变质时的92MPa和0.38%相比,分别提高了83.7%和92.1%。未变质的Al-20%Si合金的断口形貌主要由粗大的解理台阶面和初生Si断面组成,属于典型的脆性断裂。变质处理后的Al-20%Si合金的断口形貌中,解理台阶面数量减少,撕裂棱的数量增加,断裂模式为以脆性断裂为主的韧脆混合断裂。Al-20%Si合金在拉伸过程中,裂纹主要萌生于初生Si、初生Si与基体的界面以及共晶Si与基体的界面处,随后裂纹在组织中扩展、汇集,使Al-20%Si合金发生沿晶断裂和穿晶断裂。

关键词： Al-Si合金稀土元素sm 稀土元素Yb Al-5Ti-1B 初生Si 共晶Si 力学性能

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稀土sm对AZ92镁合金耐蚀性能影响

稀土Sm对AZ92镁合金耐蚀性能影响

作者：吴道高北京有色金属研究总院

学位级别：硕士

AZ92合金是常用镁铝系铸造镁合金之一,主要成分为Mg-9Al-2Zn-0.45Mn,有着其它金属结构材料无法逾越的特性,如密度小、比强度高、铸造性能良好、成本低。近年来,广泛运用于交通运输,航空航天,电子产品等领域。然而镁合金耐腐蚀性能差,严... 详细信息

AZ92合金是常用镁铝系铸造镁合金之一,主要成分为Mg-9Al-2Zn-0.45Mn,有着其它金属结构材料无法逾越的特性,如密度小、比强度高、铸造性能良好、成本低。近年来,广泛运用于交通运输,航空航天,电子产品等领域。然而镁合金耐腐蚀性能差,严重限制了镁合金的商业化应用范围。因而,研究镁合金耐腐蚀性能,提高镁合金抗腐蚀性能显得尤为重要。本文采用静态失重腐蚀实验、光学显微镜(OM)、扫描电镜显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、X-射线能谱仪(EDS)、差热分析仪(DSC)、透射电镜(TEM)、X-射线电子能谱仪(XPS)和电化学测试系统等分析手段,研究了稀土sm对铸态及热处理态AZ92镁合金耐蚀性能的影响,探讨了合金微观组织演变和耐蚀性能之间的关系。研究结果表明稀土sm提高了铸态和热处理态AZ92合金的耐腐蚀性能。当稀土sm含量为0.5wt%时,所对应铸态和热处理态AZ92合金耐腐蚀性能均趋于最佳,与对应未添加稀土sm的AZ92合金相比,合金腐蚀速率分别下降为42%和54%。铸态AZ92添加少量稀土sm,形成多边形的Al-sm相和Al-Mn-sm相,细化了晶界处β-Mg17Al12相,由粗大枝状转变成长岛状结构。合金中β-Mg17Al12相体积分数减小,弱化了α-Mg相与β-Mg17Al12相之间形成的电偶腐蚀以及由粗大β-Mg17Al12相形成的残余应力引起的应力腐蚀,因而合金耐腐蚀性能增强。同时当sm含量为0.5wt%时,晶界处β-Mg17Al12相分布更趋于网状结构,增强了β-Mg17Al12相在腐蚀过程中的腐蚀阻挡作用,降低合金腐蚀速率。当sm含量超过0.5wt%时,β-Mg17Al12相变为不连续结构,Al2sm相增多,导致合金耐蚀性能有所下降。铸态AZ92-xsm合金较适宜固溶处理制度为410℃/30h,固溶处理后形成均匀过饱和固溶体。215℃/5h的时效处理,固溶时效态AZ92-xsm合金中重新析出β-Mg17Al12相,析出方式以晶内连续析出和晶界处非连续析出的方式并存,形貌分别呈现点状和长条状结构。合金中添加稀土sm,促进AZ92合金在时效过程中β-Mg17Al12相在晶内析出,抑制晶界析出,导致细小点状颗粒状p相数量增大,晶界处棒状p相数目减少,致使β-Mg17Al12相分别更加细小均匀。AZ92-xsm合金经固溶时效处理后,固溶α-Mg相中Al含量低于铸态AZ92合金,导致热处理态合金腐蚀速率均高于铸态AZ92-xsm合金,恶化了合金抗腐蚀性能。腐蚀产物形貌及成分分析可知,稀土sm促使AZ92合金表面形成富铝腐蚀产物,提高合金表面产物膜层的致密性和稳定性,增强膜层保护性,合金抗腐蚀性能提高。开路电位及极化曲线表明,稀土sm提高AZ92合金的开路电位,自腐蚀电流降低,合金耐蚀性提高,与失重腐蚀速率相吻合。电化学阻抗谱表明铸态AZ92-xsm合金由三个时间常数构成,分别为高频容抗弧、中频容抗弧和低频感抗弧,其中高频容抗弧半径随sm含量的增加,呈现先增加后减小的趋势,当sm含量为0.5wt%时,高频容抗弧半径达到最大值,耐腐蚀性最佳;而对于固溶时效态AZ92-xsm合金,阻抗潜由两个时间常数构成,分别为高频容抗弧和中低频容抗弧组成,高频容抗弧半径随sm含量变化规律与铸态AZ92合金相同。

关键词： AZ92合金稀土元素sm 微观组织热处理耐蚀性能

Mg-Zn-Zr-xsm稀土镁合金的制备、组织与性能研究

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Mg-Zn-Zr-xSm稀土镁合金的制备、组织与性能研究

作者：张甜甜山东理工大学

学位级别：硕士

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料,它广泛用于通讯、航空、运输、航天和电子等行业中。其中,Mg-Zn-Zr系高强镁合金凭借较好的韧塑性以及耐腐蚀性能,应用最多,但在实际生产过程中,存在热裂倾向严重、显微缩松等诸多缺点,对合金的铸... 详细信息

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料,它广泛用于通讯、航空、运输、航天和电子等行业中。其中,Mg-Zn-Zr系高强镁合金凭借较好的韧塑性以及耐腐蚀性能,应用最多,但在实际生产过程中,存在热裂倾向严重、显微缩松等诸多缺点,对合金的铸造性能和加工方面有不利影响,限制了其进一步的应用与发展。因此,研发具有优秀的加工塑性、成型性能良好的高延展性镁合金显得尤为重要。本研究将稀土元素sm添加到Mg-Zn-Zr系合金中,研究sm对铸态、固溶态和挤压态镁合金组织和性能的影响,以期进一步提高Mg-Zn-Zr系合金的综合力学性能。本实验通过真空感应熔炼法制备了Mg-5.5Zn-0.8Zr-xsm(x=0,0.2,0.5,1.0,2.0,3.0,4.0 wt.%)合金。采用多种测试手段研究了sm对铸态、固溶态、挤压态Mg-5.5Zn-0.8Zr(ZK60)合金显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。首先探究了sm的不同加入量对铸态、固溶态ZK60合金的晶粒度,第二相成分、尺寸、形貌及分布规律的影响。随后分析了sm元素含量变化对挤压态实验合金的再结晶程度以及沉淀析出相的大小、成分和分布的影响机理。最后,测试了实验合金的力学性能和耐腐蚀性能,并探究了实验合金中sm元素的强化机制和腐蚀机理。实验结果表明,铸态ZK60合金的显微组织主要由α-Mg基体、MgZn和MgZn相组成。当添加0.2%sm时,出现了Mgsm相,sm含量为2%时,出现了(Mg,Zn)sm相。合金的晶粒尺寸得到显著细化,第二相形态由点状、短棒状逐渐转变为半连续、连续的网状结构。此外,ZK60-1.0sm合金有最高的硬度值,为61.64kgf/mm,比ZK60合金的硬度值提高了1.7%;在耐腐蚀性方面,sm含量为0.2%时,合金的耐腐蚀性能表现最好。实验合金经450℃×10h固溶处理后,晶粒尺寸有了不同程度的增加,且发生了元素回溶,强化了镁基体。但是,随着sm的增加,未回溶的第二相含量逐渐增多,集中分布在晶界处。此外,合金的相组成、硬度曲线走势与铸态合金相比相差不大。固溶态ZK60-1sm合金的维氏硬度值最高,为62.78kgf/mm,比ZK60合金的硬度值提高了13.1%。ZK60-xsm合金经挤压处理后,发生了动态再结晶(DRX),挤压后破碎的第二相沿挤压方向分布,大量纳米级析出相弥散分布在基体中。挤压态ZK60-1.0sm合金的抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和硬度达到了最大值,为335MPa、269MPa和75.15kgf/mm,均比ZK60合金提高了11.7%、24.5%和13.6%。ZK60-4.0sm合金的伸长率(EL)最高为28.1%,比ZK60合金高出近100%。sm的添加对促进DRX成核、抑制晶粒生长和细化晶粒有显著的效果;生成的热稳定性微米级(Mg,Zn)sm和纳米级Mgsm相可以有效地钉扎位错和阻碍滑移;再结晶晶粒取向的随机性导致了显微织构的弱化,这可以改善合金的力学性能。在耐腐蚀性能方面,挤压态ZK60-0.2sm合金的腐蚀速率和自腐蚀电流密度最小,分别为2.028×10g·cm·h和1.011×10 A·cm,有良好的耐腐蚀性能。但继续添加元素sm,合金的耐腐蚀性能出现了恶化。

关键词： Mg-Zn-Zr合金稀土元素sm 显微组织性能

Al2sm金属间化合物对AZ系镁合金耐腐蚀性能的研究

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Al2Sm金属间化合物对AZ系镁合金耐腐蚀性能的研究

作者：李晓南昌大学

学位级别：硕士

AZ系镁合金以其优良的性能而广泛应用于汽车、航空、电子和医学等多种领域,但是较差的耐腐蚀性能而限制了其进一步的发展。本论文研究了稀土元素sm合金化对热挤压态AZ31和铸态、超声AZ91镁合金的微观组织以及耐腐蚀性的影响。SEM和TEM... 详细信息

AZ系镁合金以其优良的性能而广泛应用于汽车、航空、电子和医学等多种领域,但是较差的耐腐蚀性能而限制了其进一步的发展。本论文研究了稀土元素sm合金化对热挤压态AZ31和铸态、超声AZ91镁合金的微观组织以及耐腐蚀性的影响。SEM和TEM的观察结果表明在AZ系镁合金中添加了sm元素后形成了颗粒状弥散分布的Alsm金属间化合物,微区极化的结果表明其本身不仅具有较高的腐蚀电位(-1.01mV),而且具有优良的钝化能力。这表明Alsm金属间化合物自身耐腐蚀性较好,而且作为弱阴极相不会引发剧烈的微电偶腐蚀,同时可以作为屏障阻挡电解液与镁基体之间的接触,因此提高了镁合金的耐腐蚀性。对于热挤压态AZ31镁合金而言,稀土sm的添加使得合金的腐蚀速率在横向试样上从15.98×10下降至11.19×10 g·cm·h,在纵向试样上从8.57×10下降至6.20×10 g·cm·h,电化学测试结果表明合金横向和纵向试样的腐蚀电位分别上升了98和62mV,电荷转移电阻则分别从1764和1756Ω·cm增加至2928和2408Ω·cm。这些结果均表明添加sm后合金耐腐蚀性显著提升,其原因不仅是合金组织中形成了耐腐蚀性较好的Alsm金属间化合物,还因为Alsm相的形成细化了合金晶粒、促进合金动态再结晶过程的进行,从而显著减少了组织中的位错和孪晶等缺陷;同时使得合金中的强阴极相Al-Mn金属间化合物转变为弱阴极相Al-Mn-sm金属间化合物,因此抑制了合金表面微电偶腐蚀的程度,同时也抑制了点蚀的发展。对于铸态AZ91镁合金而言,失重和析氢的结果表明随着sm添加量的不断增多,合金的腐蚀速率呈现出先下降后上升的趋势。当稀土sm的添加量为1wt.%时腐蚀速率最低,此时合金的失重和析氢腐蚀速率分别为0.35 mg/cmday和0.029 ml/cmday,大约为基体合金的73%和88%。同时电化学测试结果也表明AZ91-1.0sm合金的腐蚀电流密度约为基体合金的1/3,极化电阻值约为基体合金的175.8%。通过对微观组织的观察发现sm元素的添加量对合金中β-MgAl相的分布有着显著影响:少量(0.5wt%)和过量(1.5wt.%)的sm使得β-MgAl相的分布更加均匀,但是形成的网状结构连续性较差,因此对耐腐蚀性的提升较弱;而适量的sm元素(1wt.%)使得合金中原本粗大、聚集的β-MgAl枝晶组织转变为均匀、细小、连续的网状结构,可以有效提高β-MgAl相的屏障作用。腐蚀形貌显示β-MgAl相和Alsm相共同组成的网状结构抑制了腐蚀向合金深处发展的趋势,因此使得合金的耐腐蚀性增强。对于超声AZ91镁合金而言,失重和析氢的结果表明合金的腐蚀速率随着稀土sm含量的增多而显著下降,当sm元素添加量为1.5wt.%时合金的腐蚀速率达到最低,分别为0.167mg/cmday和0.247ml/cmday。电化学结果表明此时合金具有最小的腐蚀电流密度(16.582 mA/cm),仅为基体合金的57.5%,并且腐蚀电位最正,相对于基体合金提高了34mV。合金微观形貌表明超声引起的空化和声流效应使得合金中部分β-MgAl相枝晶熔断,转变为短棒状且趋于弥散分布;随着合金中稀土sm的添加量不断增多,β-MgAl相枝晶组织逐渐消失,形成了颗粒状β-MgAl相且分布更加均匀,这使得β-MgAl相所引起的微电偶腐蚀的程度显著减小。同时超声处理也使得更多细小的Alsm颗粒均匀地分布在晶界与晶粒内部,因此增加了Alsm相的对镁基体的保护能力。腐蚀形貌表明合金表面严重的局部腐蚀转变为相对轻微的全面腐蚀,并且形成了覆盖面积更广、致密性更好的腐蚀产物层,从而显著提高了合金的耐腐蚀性。

关键词： AZ系镁合金稀土元素sm 微观结构耐腐蚀性电化学腐蚀形貌

铸造态Mg-sm合金的显微组织及其耐腐蚀性能

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同行 2016年第6期 252-,230页

作者：张双张帅张丹吉林大学工程训练中心

此文主要论述了Mg-sm二元合金的显微组织及性能,通过对不同sm含量的合金进行电化学腐蚀试验,从而得知稀土元素对于细化组织晶粒和提高耐腐蚀性能都有一定的帮助。

关键词： Mg-sm二元合金稀土元素sm 电化学腐蚀