稀土改性AZ91镁合金组织及腐蚀性能

论文摘要

本文通过向AZ91镁合金中加入Mg-RE中间合金的方法制备了AZ91RE镁合金,并采用微弧氧化工艺成功地在其表面制备了微弧氧化膜。系统研究了稀土元素对AZ91镁合金及其氧化膜的微观组织和腐蚀性能的影响规律。研究表明,稀土元素以固溶和金属间化合物两种形式存在于镁合金中,并且随着合金中稀土元素含量的提高,金属间化合物的数量增多,尺寸变大。随着稀土元素含量的增加,AZ91镁合金中α-Mg和β相的尺寸变小,β相从粗大的骨骼状转变为细小的岛状或颗粒状,并以不连续网状分布于α-Mg晶界上,其共晶方式从不完全离异共晶转变为完全离异共晶,二次析出β相的形成得到抑制。此外,稀土元素通过细化AZ91镁合金的微观组织,提高了微弧氧化膜的致密性,并且Al-RE金属间化合物在微弧氧化过程中能够被微弧氧化膜完全覆盖。镁合金中的稀土元素在微弧氧化过程中以氧化物的形式进入微弧氧化膜。机械性能测试表明,稀土元素能够明显地提高AZ91镁合金的强度、塑性和硬度等机械性能,并使AZ91镁合金的断裂机制从解理断裂转变为准解理断裂。其强化机理为:细晶强化、析出强化和固溶强化的综合作用。腐蚀实验表明,稀土元素能够明显提高AZ91镁合金的自腐蚀和电偶腐蚀性能。其机理在于:（1）细化了合金的微观组织,弱化了β-Mg17Al12相阴极作用,降低了微电偶电流。同时,生成的稀土金属间化合物在腐蚀过程中为钝化的阴极;（2）稀土元素以氧化物的形式进入腐蚀产物膜,提高了腐蚀产物膜的致密性;（3）稀土元素在合金熔炼过程中的净化作用减少了合金中的氧化夹杂和气孔,抑制了合金的点蚀,同时,稀土元素能够促使AZ91镁合金阳极表面的电偶电流分布趋于均匀化,抑制了阴阳极连接处的局部电偶腐蚀,并且降低了负差数效应。此外,稀土元素提高了镁合金微弧氧化膜的抗腐蚀性能。其机理在于:稀土元素通过减小微弧氧化膜中的孔洞和微裂纹尺寸,去除贯通的孔洞,减少了微弧氧化膜的局部缺陷,提高了微弧氧化膜的致密性,并且,稀土氧化物进入微弧氧化膜能够进一步提高氧化膜整体致密性,最终提高了微弧氧化膜的抗腐蚀性能。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 镁合金的特性及应用现状
• 1.2.1 镁合金的基本特性
• 1.2.2 镁合金在汽车等交通工具上的应用
• 1.2.3 镁合金在通信、电子产业上的应用
• 1.2.4 镁合金的应用所面临的问题
• 1.3 镁合金腐蚀行为及机理研究现状
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 自腐蚀
• 1.3.2.1 α-Mg的腐蚀
• 1.3.2.2 微电偶腐蚀
• 1.3.3 宏观电偶腐蚀
• 1.3.4 负差数效应
• 1.4 镁合金腐蚀的影响因素
• 1.4.1 合金化元素的影响
• 1.4.2 杂质的影响
• 1.4.3 微观结构的影响
• 1.4.4 介质对镁合金抗腐蚀性能的影响
• 1.4.4.1 气体
• 1.4.4.2 溶液
• 1.5 镁合金抗腐蚀技术应用现状
• 1.5.1 概述
• 1.5.2 镁合金的净化
• 1.5.3 镁合金的组织细化和成分的均匀化
• 1.5.4 镁合金的表面处理
• 1.5.4.1 微弧氧化技术的历史与发展
• 1.5.4.2 镁合金微弧氧化研究现状
• 1.6 本文主要研究内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 研究方法
• 2.3 新型合金制备
• 2.3.1 合金成分设计
• 2.3.2 合金熔炼与浇铸
• 2Nd合金的熔炼'>2.3.3 AZ21、AZ501 和Al₂Nd合金的熔炼
• 2.4 合金热处理
• 2.5 合金显微分析及凝固过程分析
• 2.6 合金机械性能测试
• 2.6.1 拉伸试验
• 2.6.2 硬度试验
• 2.7 镁合金自腐蚀行为
• 2.7.1 试样制备
• 2.7.2 腐蚀溶液制备
• 2.7.3 浸泡过程
• 2.7.4 腐蚀形貌观察及腐蚀产物分析
• 2.7.5 腐蚀过程观察
• 2.8 镁合金宏观电偶腐蚀
• 2.8.1 镁合金宏观电偶腐蚀性能
• 2.8.1.1 试样制备
• 2.8.1.2 电偶腐蚀性能测试
• 2.8.2 镁合金电偶腐蚀过程中的电流分布
• 2.8.2.1 样品制备
• 2.8.2.2 电流分布测量
• 2.8.3 镁合金电偶腐蚀过程中的负差数效应
• 2.9 腐蚀电化学测试
• 2.10 微弧氧化膜制备
• 2.10.1 合金预处理
• 2.10.2 微弧氧化
• 2.11 微弧氧化膜成分测定和微观组织观察
• 2.12 微氧弧化膜腐蚀性能及电化学测试
• 第3 章稀土元素对AZ91 微观组织的影响
• 3.1 引言
• 3.2 AZ91 和AZ91RE镁合金成分测定
• 3.3 Nd对AZ91 镁合金微观组织的影响
• 3.3.1 AZ91 和AZ91Nd镁合金的微观组织
• 3.3.2 AZ91Nd镁合金的元素分布
• 3.3.3 AZ91 和AZ91Nd镁合金的凝固行为
• 3.3.4 不同冷却速度条件下AZ91 和AZ91Nd4 镁合金的微观组织
• 3.3.5 热处理条件下AZ91 和AZ91Nd镁合金微观组织
• 3.4 Ho对AZ91 镁合金微观组织的影响
• 3.5 Ce对AZ91 镁合金微观组织的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 稀土元素对AZ91 镁合金机械性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 Nd、Ho对AZ91 镁合金拉伸性能的影响
• 4.2.1 Nd对AZ91 镁合金拉伸性能的影响
• 4.2.1.1 AZ91 和AZ91Nd镁合金的拉伸性能
• 4.2.1.2 断口观察
• 4.2.2 Ho对AZ91 镁合金拉伸性能的影响
• 4.2.2.1 AZ91 和AZ91Ho镁合金的拉伸性能
• 4.2.2.2 断口观察
• 4.2.3 断裂机制分析
• 4.3 Nd、Ho对AZ91 镁合金硬度的影响
• 4.3.1 Nd对AZ91 镁合金硬度的影响
• 4.3.1.1 宏观硬度
• 4.3.1.2 显微硬度
• 4.3.2 Ho对AZ91 镁合金硬度的影响
• 4.3.2.1 宏观硬度
• 4.3.2.2 显微硬度
• 4.4 强化机理
• 4.5 本章小节
• 第5章 稀土元素对AZ91 镁合金自腐蚀行为的影响
• 5.1 引言
• 5.2 Nd元素对AZ91 镁合金自腐蚀行为的影响
• 5.2.1 AZ91 和AZ91Nd镁合金的自腐蚀性能
• 5.2.2 AZ91 和AZ91Nd镁合金的自腐蚀形貌
• 5.2.3 AZ91 和AZ91Nd镁合金自腐蚀过程
• 5.2.4 AZ91Nd4 镁合金腐蚀产物膜分析
• 5.2.5 AZ91 和AZ91Nd镁合金腐蚀电化学分析
• 5.2.5.1 极化曲线
• 5.2.5.2 交流阻抗
• 5.3 Ho元素对AZ91 镁合金自腐蚀行为的影响
• 5.3.1 AZ91Ho镁合金的自腐蚀性能
• 5.3.2 AZ91Ho镁合金的自腐蚀形貌
• 5.3.3 AZ91Ho镁合金腐蚀电化学分析
• 5.4 Ce元素对AZ91 镁合金自腐蚀行为的影响
• 5.4.1 压铸AZ91 和AZ91Ce镁合金的自腐蚀性能
• 5.4.2 压铸AZ91 和AZ91Ce镁合金的自腐蚀形貌
• 5.4.3 压铸AZ91 和AZ91Ce镁合金腐蚀产物膜分析
• 5.4.3.1 腐蚀产物膜的组成
• 5.4.3.2 腐蚀产物膜电化学特性
• 5.5 AZ91RE镁合金抗腐蚀机制
• 5.5.1 微观组织
• 5.5.2 腐蚀产物膜
• 5.5.3 合金净化
• 5.5.3.1 氧化物夹杂
• 5.5.3.2 氢
• 5.6 镁合金腐蚀性能与机械性能的比较
• 5.7 本章小结
• 第6章 稀土元素对AZ91 镁合金电偶腐蚀的影响
• 6.1 引言
• 6.2 Nd元素对AZ91 镁合金电偶腐蚀性能的影响
• 6.2.1 AZ91 和AZ91Nd镁合金与钢偶接时的电偶腐蚀性能
• 6.2.2 AZ91 和AZ91Nd镁合金与球墨铸铁偶接时的电偶腐蚀性能
• 6.2.3 AZ91 和AZ91Nd镁合金与纯铝偶接时的电偶腐蚀性能
• 6.2.4 AZ91 和AZ91Nd镁合金与AlSi合金偶接时的电偶腐蚀性能
• 6.2.5 阴极材料对AZ91 和AZ91Nd镁合金电偶腐蚀的影响
• 6.2.5.1 阴极材料的性质
• 6.2.5.2 阴阳极面积比
• 6.3 Ho元素对AZ91 镁合金电偶腐蚀性能的影响
• 6.3.1 AZ91 和AZ91Ho镁合金与钢偶接时的电偶腐蚀性能
• 6.3.2 AZ91 和AZ91Ho镁合金与球墨铸铁偶接时的电偶腐蚀性能
• 6.3.3 AZ91 和AZ91Ho镁合金与纯铝偶接时的电偶腐蚀性能
• 6.3.4 AZ91 和AZ91Ho镁合金与AlSi合金偶接时的电偶腐蚀性能
• 6.4 Ce元素对AZ91 压铸镁合金电偶腐蚀性能的影响
• 6.4.1 AZ91 和AZ91Ce镁合金电偶腐蚀性能
• 6.4.2 AZ91 和AZ91Ce镁合金电偶腐蚀形貌
• 6.5 稀土元素对AZ91 镁合金电偶腐蚀电流分布的影响
• 6.5.1 AZ91 和AZ91Nd镁合金的电流分布
• 6.5.2 AZ91 和AZ91Nd镁合金电偶腐蚀宏观形貌
• 6.6 AZ91 和AZ91Nd镁合金负差数效应
• 6.7 本章小结
• 第7章 稀土元素对AZ91 镁合金微弧氧化的影响
• 7.1 引言
• 7.2 Nd对AZ91 镁合金微弧氧化膜微观组织的影响
• 7.2.1 AZ91 和AZ91Nd镁合金微弧氧化膜表面形貌
• 7.2.2 AZ91 和AZ91Nd镁合金微弧氧化膜截面形貌
• 7.3 Nd对AZ91 微弧氧化膜成分的影响
• 7.3.1 AZ91 和AZ91Nd镁合金微弧氧化膜XRD分析
• 7.3.2 AZ91 和AZ91Nd镁合金微弧氧化膜XPS分析
• 7.4 Nd元素对微弧氧化膜微观组织的影响机制
• 7.5 Nd对AZ91 微弧氧化膜腐蚀性能的影响
• 7.5.1 AZ91 和AZ91Nd镁合金微弧氧化膜电偶腐蚀性能
• 7.5.2 AZ91 和AZ91Nd镁合金微弧氧化膜电偶腐蚀形貌
• 7.5.3 AZ91 和AZ91Nd镁合金微弧氧化膜电化学特征
• 7.5.4 AZ91Nd镁合金微弧氧化膜耐蚀机制
• 7.6 本章小结
• 第8章 结论
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢
• 摘要
• Abstract