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《太原理工大学》 2010年
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AZ91D镁合金显微组织对其在特定环境下腐蚀行为的影响

杨丽景  
【摘要】: 镁合金作为一种轻质工程材料,具有比重轻、比强度高、比刚度高、电磁屏蔽性能好及铸造性能优良等一系列优点,在汽车、3C、航空航天等领域有着广阔的应用前景。然而,镁合金的耐腐蚀性能较差,限制了镁合金的应用。目前对镁合金在NaCl溶液中的腐蚀行为的研究较多,但是对镁合金在大气腐蚀特别是在重污染地区等特殊环境下的腐蚀行为的研究还相对较少。镁合金产品的制造方式有铸造、压铸及半固态成形技术等,各种成形方式日趋成熟,但是针对不同成形工艺下镁合金显微组织对其腐蚀行为影响的研究还缺乏系统性,对镁及其合金在含硫酸根离子的溶液中的腐蚀行为的研究还相对较少,对触变成形铸件在热处理过程中显微组织的演变及耐腐蚀性能的研究也有待深入。因此,有必要系统研究AZ91D镁合金显微组织对其在大气及溶液等特殊环境下腐蚀行为的影响,以期丰富和发展镁合金腐蚀理论,为拓展镁合金的应用领域、充分发挥其性能潜力奠定坚实基础。 本文利用金相显微镜、SEM、TEM、EDS、XRD、GDS、FTIR及电化学测试等方法,对不同显微组织的AZ91D镁合金在特殊环境下的腐蚀行为进行了研究,得到在不同环境下镁合金的腐蚀机制。对铸态和压铸态AZ91D在太原地区环境下进行室外暴露实验,研究了镁合金表面腐蚀产物层的结构特征和表面龟裂现象;通过比较压铸镁合金AZ91D在中性NaCl溶液、Na_2SO_4溶液、MgSO_4溶液及不同pH值的Na_2SO_4溶液中的腐蚀行为,系统研究了SO_4~(2-)离子对压铸镁合金腐蚀的影响,构建了AZ91D镁合金在含SO_4~(2-)溶液中腐蚀速率及腐蚀电位与pH值之间的关系图;比较了触变成形与高压压铸AZ91D镁合金在中性NaCl水溶液中的腐蚀行为,研究了不同显微组织对镁合金耐腐蚀性能的影响。详细研究了触变成形AZ91D镁合金铸件固溶、时效处理时显微组织的演变,分析了触变成形镁合金铸件时效强化的机理。 镁合金AZ91D在重污染地区的大气腐蚀速率服从幂指数规律。铸态和压铸态镁合金在太原地区的大气腐蚀动力学方程分别为C=1.533t0.602及C=1.661t0.507。铸态和压铸态AZ91D在太原地区环境下暴露12个月的大气腐蚀速率分别为6.24g·m~(-2)·y~(-1)和5.97g·m~(-2)·y~(-1)。大气腐蚀产物包括Mg(OH)2、MgCO_3及Mg_2Al_2(SO_4)_5·39H_2O等,酸雨及SO2的存在是硫酸盐产物形成的重要原因。显微组织对镁合金大气腐蚀行为有较大的影响。表面缺陷主要影响镁合金初期的大气腐蚀速率,晶粒尺寸在AZ91D镁合金的大气腐蚀过程中影响着腐蚀产物层的厚度及表面裂纹分布,第二相分布情况主要影响大气腐蚀后期的腐蚀速率。 压铸镁合金AZ91D在NaCl溶液中腐蚀48h后发生了点蚀,在含SO_4~(2-)的溶液中发生了全面腐蚀。各种溶液中的腐蚀速率大小顺序为:vNaClvMgSO_4vNa_2SO_4,镁合金在含SO_4~(2-)的溶液中腐蚀速率相对较小,腐蚀过程主要是阴极析氢腐蚀控制。腐蚀产物主要为Mg(OH)_2及MgAl_2(SO_4)4·22H_2O。MgAl_2(SO_4)4·22H_2O的形成需要一个时间门槛值。压铸镁合金AZ91D在不同pH的Na_2SO_4的溶液中腐蚀速率大小顺序为酸性中性碱性溶液。随着pH值的增大,腐蚀速度呈递减趋势。在各种溶液中的腐蚀产物主要为MgAl_2(SO_4)_4·22H_2O、MgCO_3及Mg(OH)_2,不同的pH值不改变腐蚀产物类型,只改变腐蚀产物的形貌。在酸性Na_2SO_4的溶液中,浸蚀约330h后表面会发生点蚀现象。 触变成形AZ91D镁合金组织中存在原固相α-Mg,其Al含量相对较低,导致共晶α-Mg中Al含量较高压压铸镁合金中共晶α-Mg要高。在腐蚀初期,触变成形铸件中原固相α-Mg作为主要腐蚀相,腐蚀一定时间后原固相α表面的腐蚀产物膜能较稳定地附着于α相表面阻止腐蚀继续发生,而后共晶α相作为主要被腐蚀相。电化学测试结果表明触变成形铸件腐蚀速率约比压铸铸件低28%。触变成形AZ91D镁合金在415℃时固溶处理导致β相溶入α-Mg固溶体,其固溶速率比高压压铸的快,在固溶初期观察到富铝晕圈。压铸态和触变成形试样在热处理过程中的晶粒长大动力学方程分别为d3-d03=588t和d3-d03=324t。触变成形铸件β相的快速溶解主要是因为其组织细小而且均匀。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG172.3

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