论文摘要
镁合金比强度及比刚度高、密度低、电磁屏蔽能力强、阻尼性能优异,被广泛应用于交通机械、航空航天、电子通讯等领域。但是,镁合金的塑性变形能力较差、室温韧性低、屈服强度低及耐腐蚀性能不良,制约了变形镁合金的应用和发展。RE（富铈混合稀土）、Sb复合合金化能够细化合金组织,并且在合金中形成弥散球状的稀土强化相,对变形镁合金塑性及其变形材性能的提高十分有利。但是,目前RE、Sb复合合金化在变形镁合金中的研究不够深入,特别是RE、Sb的含量与凝固条件对变形镁合金组织和性能的影响规律研究还很不充分,制约了RE、Sb复合合金化在变形镁合金中的应用。本文采用光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）、显微硬度、室温拉伸性能、自腐蚀电位及极化曲线等分析手段,较系统地研究了RE、Sb含量对AZ31合金显微组织、力学性能、耐腐蚀性能的影响,探索在AZ31中应用RE、Sb复合合金化获得稳定效果的规律,并研究了RE、Sb复合合金化在AZ61、AZ80中应用的可能性,同时运用动力学控制的方法研究了稀土合金化AZ31及RE、Sb复合合金化AZ31中稀土相的析出过程。在AZ31中添加适量的稀土元素,能够细化合金组织,并使β-Mg17Al12的形态由原来的粗大网状转变为椭圆及小点状,但同时生成粗大的Al11Ce3针状稀土相;添加适量的RE、Sb可在AZ31中形成颗粒状的RESb及小球状的Al-RE-Sb三元稀土相。结果表明,AZ31中铝含量的变化会对RE、Sb复合合金化AZ31的组织产生影响。在RE的添加量为0.6%～1.0%wt,Sb的添加量为0.4%～1.2%wt范围内,当铝含量为3.2%wt时,RE与Sb的重量比约为1:1时,可得到β-Mg17Al12被充分打散,粗大稀土针状相基本转变为颗粒相及球状相的最佳合金化效果;而在铝含量为2.5%wt的合金中,RE与Sb的添加量之约为4:5时才能得到最佳的组织。经复合合金化得到的最佳组织中,铝含量3.2%wt较2.5%wt时生成了较多的RE-Sb二元稀土相,而在铝含量为2.5%wt的合金中生成了较多的Al-RE-Sb三元稀土相。RE、Sb复合合金化能使AZ31镁合金的力学性能得到不同程度和提高。铝含量为3.2%wt,RE添加量为1%,Sb的添加量为1%时,合金的显微硬度、屈服强度、抗拉强度、延伸率分别较AZ31提高了9%、31.4%、25.6%和16.7%。铝含量为2.5%wt,RE的添加量为1%,Sb的添加量为1.2%时,合金的显微硬度、屈服强度、抗拉强度、延伸率分别较AZ31提高了9%、34.2%、27.3%和17.2%。RE、Sb复合合金化能使高铝变形镁合金AZ61、AZ80的组织得到优化。在AZ61中添加1%RE及1%Sb,在AZ80中加入1.2%RE及1.2%Sb,均能使针状稀土相基本转变为颗粒相,抗拉强度和屈服强度提高20%以上,延伸率提高了10%以上。RE、Sb复合合金化可以提高AZ系变形镁合金的耐腐蚀性能。对于AZ31,铝含量为3.2%wt,RE添加量为1%,Sb的添加量为1%时,自腐蚀电位提高了0.04V,腐蚀电流密度减小了3.22×10-5A.cm-2;铝含量为2.5%wt,RE的添加量为1%,Sb的添加量为1.2%时,自腐蚀电位提高了0.045V,腐蚀电流密度减小了3.36×10-5A.cm-2。对于AZ61及AZ80,自腐蚀电位分别提高了0.035V及0.04V,腐蚀电流密度也由3.54×10-5A.cm-2、2.31×10-5A.cm-2减小到7.86×10-6A.cm-2及5.23×10-6A.cm-2。结合热力学分析并采取动力学控制的方法模拟了稀土化AZ31中稀土相的析出长大过程。认为针状稀土相的析出过程为:优先形核并呈团束放射状小针群聚集在枝晶的边缘,随着枝晶的生长及溶质的分配长大成独立的长针状并由团束状逐渐分散,最终长大成粗大针状并沿晶界分布。球状稀土相的析出过程为:富Sb相在枝晶边缘优先形核析出,并随着溶质的再分配富Sb相继续长大,部分Al-RE-Sb中的铝发生再分配与Mg生成Mg17Al12,部分继续长大成铸态下观察到的球状Al-RE-Sb相。