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《中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)》 2008年
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稀土元素RE和碱土元素Sr的复合添加对AZ91D镁合金耐蚀性的影响

钮洁欣  
【摘要】: 镁合金以其独特的优良性能和丰富的资源,广泛地应用于汽车工业、通讯电子业、航空航天等领域。然而,南于镁的化学性质十分活泼,标准电极电位很低,致使镁合金的耐蚀性较差:并且镁合金的表面腐蚀膜疏松多孔,对基体的保护能力差,导致镁合金不适用于大多数的腐蚀性环境。稀土Ce和La作为镁合金中常见的合金化元素,能显著改善镁合金的高温性能和铸造性能,也有利于耐蚀性能的提高:碱土元素耐热镁合金是近年来镁合金的研究热点,可有效地改善镁合金的高温力学性能,特别是抗蠕变性能,它们对耐蚀性能的影响还缺乏系统研究。而从多元组合的复合合金化的角度来提高镁合金的耐蚀性能,这方面的研究也相对较少。因此从镁合金的综合利用的角度上讲,找到稀土和碱土元素的应用价值,寻求镁合金进一步耐蚀合金化的途径具有十分重要的意义。 在上述背景下本文采用全浸失重、析氢、电化学测试、电感耦合等离子光谱(ICP)、金相测试、电子探针—能谱分析(EPMA-EDS)、场发射扫描电镜(FESEM)、X-射线衍射(XRD)和俄歇电子能谱(AES)等一系列手段,研究了RE和Sr对AZ91D镁合金对组织结构、失重腐蚀速率、腐蚀形貌、腐蚀膜、腐蚀产物、析氢速率以及电化学性能的分析,以探讨复合添加RE和Sr对AZ91D镁合金耐蚀性的影响。 浸泡腐蚀结果表明复合添加RE和Sr元素对AZ91D合金的耐蚀性的提高要比单独添加的效果更为明显。尤其是添加了0.5%Sr和1%RE的合金,其腐蚀速率比AZ91D合金降低了54.3%。综合分析所有的试验结果可以得到复合添加稀土RE和碱土Sr元素对AZ91D合金组织结构、耐蚀性影响具有协同的作用:1)在AZ91D合金中复合添加RE和Sr能细化组织结构,减少β相的阴极作用,有效地抑制了腐蚀的阴极过程,含Ce、Sr的多元析出相的弱阴极性也抑制了微电偶腐蚀的发生。同时,β相和新相所连成的阴极网络组织对腐蚀也起到一定的阻碍作用。2)使AZ91D合金表面产生保护性较好的钝化膜,而且形成的腐蚀产物膜的外层为富铝的氧化膜,在Cl~-的腐蚀介质中能维持完整性且不易破坏,有效阻止了镁合金的深度腐蚀。在阳极极化作用下形成的钝化膜,其钝化电流密度极低,具有较好的钝化效果。3)使AZ91D合金的析出相弱阴极化,微小均匀化,弱阴极网络和基体α相的共同作用,在基体表面形成致密稳定的腐蚀产物膜,使合金的腐蚀速率明显降低,析氢得到有效的控制。4)降低AZ91D合金的层错几率,使合金的结构组织更加均匀。有助于完整均匀的腐蚀产物膜的形成。 RE和Sr的这些协同作用抑制了镁合金的阴极过程及微电偶腐蚀的发生,并提高了表面膜的保护性和完整性,因而大大提高了合金的耐腐蚀性能。由于碱土元素的价格低廉,稀土元素的资源丰富,RE和Sr的复合添加对镁合金来说是一种很有前景的合金化途径。
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