论文摘要
镁合金具有密度小，电子屏蔽能力强，阻尼减震性能好，机械加工方便，使其在汽车、电子、航空等领域获得了越来越广泛的应用。但镁合金的应用远不及其它主要金属材料，造成这种现状的主要原因在于镁合金材料自身的强度低、脆性大、耐蚀性差和高温性能差等原因。因此，通过晶粒细化的方法，积极探索改善镁合金的力学性能和成形性能的途径，对于推动镁合金材料的应用并发挥其性能优势具有重要意义。本文以目前应用最广泛的AZ91D合金为研究对象，单独添加Al4C3颗粒和复合添加Al4C3和Ce、Ca、Sr，研究其对AZ91D合金显微组织细化作用及对力学性能和腐蚀性能的影响。利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析和XRD衍射等手段分析了合金的微观组织，结果表明，Al4C3和Ce、Ca、Sr的添加使得AZ91D合金的组织显著细化。在本试验条件下，单独加入1.2wt％Al4C3，合金晶粒尺寸最小。当Al4C3含量为0.6wt％，Ce、Ca、Sr的含量分别为0.2wt％、0.2wt％、0.1wt％时，复合添加对AZ91D合金的晶粒细化效果最好，且Al4C3和Ce的复合添加产生新相Al4Ce。Al4C3的加入使得AZ91D合金的共晶组织形貌发生明显改变，由骨骼状的β相完全离异共晶组织和α+β共生生长层片状组织转变为蜂窝状的α+β部分离异共晶。与此相反，Ce、Ca、Sr的加入抑制了这种部分离异共晶倾向。固溶处理可使晶界处的β-Mg17Al12相分解并溶入到α-Mg基体中，再经时效处理后，β-Mg17Al12相又从α-Mg基体中析出，而其析出量随着Al4C3颗粒和合金元素的添加有所不同。由DTA分析可知，Al4C3或Al4C3与Ce、Ca、Sr的添加，使得AZ91D合金的在较小的过冷度就能得到细晶组织。拉伸实验和硬度测试结果表明，在T6条件下，Al4C3和Ce、Ca、Sr的添加能显著提高AZ91D合金的硬度和抗拉强度，延伸率虽有提高，但其绝对值偏低。Al4C3的加入使得AZ91D合金的断裂机制从解理断裂变为准解理断裂。强韧化机制为细晶强化、固溶强化和第二相析出强化，其中细晶强化起主导作用。使用极化曲线和失重法，研究了合金在3.5％NaCl溶液中的腐蚀规律和腐蚀机理。结果表明，Al4C3和Ce对AZ91D合金的耐蚀性有较强的改善作用，而碱土元素Ca、Sr的加入恶化了合金的耐腐蚀性能。腐蚀机理的研究发现，显微组织的细化，弱化了β相的阴极作用，降低微电偶的电流，从而提高了合金的耐蚀性。Ce的加入产生腐蚀产物膜，净化了合金的熔炼过程都使得合金的耐蚀性进一步提高。而Ca和Sr的加入，降低了合金的腐蚀电位，使得耐蚀性也降低。