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含稀土Mg-8Li-3Al-2Zn合金腐蚀行为研究

顾茂云  
【摘要】:本论文通过浸泡试验、析氢实验、电化学分析、XPS测试等多种表征手段,通过对比研究了稀土元素Nd、Y以及热处理对Mg-8Li-3Al-2Zn镁锂合金显微组织、析氢腐蚀速率以及腐蚀形貌等的影响规律;并根据电化学结果以及形貌分析等测试结果探索稀土元素Nd、Y以及热处理影响Mg-8Li-3Al-2Zn合金的腐蚀性能的机理。显微组织分析表明,稀土元素Nd的添加使得合金的晶界处形成了Al_2Nd相。在合金铸造成型的过程中,Al_2Nd相的存在影响了α-Mg相的生长,使得α-Mg相的结构从原先的等轴晶状变成棒状。析氢测试结果以及极化曲线测试结果表明,Nd元素的添加减低了合金的腐蚀速率,提高了合金的耐腐蚀性能。此外,XPS实验结果表明,Mg-8Li-3Al-2Zn合金的腐蚀膜的主要产物是Mg(OH)_2,Mg-8Li-3Al-2Zn-0.5Nd合金的表面膜层中含有Mg(OH)_2和Nd_2O_3。即Nd元素的添加在合金的腐蚀膜中形成了具有保护性作用的Nd_2O_3。Nd_2O_3的存在改变了合金表面腐蚀膜的结构,并提高了腐蚀膜对基体的保护作用。本文根据合金的腐蚀形貌、表面膜的成分以及电化学的结果,研究了合金的腐蚀行为;并且建立了合金的腐蚀机理电路图。通过对比Mg-8Li-3Al-2Zn与Mg-8Li-3Al-2Zn-0.5Nd合金的腐蚀行为发现,Nd的添加能够提高合金的耐腐蚀性能,但不改变合金的腐蚀机理。根据已经研究得出的合金腐蚀机理电路图,研究稀土元素Y对合金腐蚀性能的影响。显微组织结果表明,Y元素的添加,使得合金的晶界处形成Al_2Y相,合金的中AlLi颗粒大量减少。并且Y元素的添加导致合金中α-Mg相由长棒状转变为球状。AFM测试结果表明,合金Mg-8Li-3Al-2Zn-0.5Y中常见相的电位的高低顺序为:Al_2Yα-Mgβ-LiAlLi。腐蚀首先发生在具有较低电位的β-Li相内,而具有较高电势的Al_2Y颗粒能够抑制β-Li与α-Mg相之间的电偶腐蚀。此外,Y元素的添加使Mg-8Li-3Al-2Zn合金表面形成更致密、更具有保护性的腐蚀膜层,从而进一步提升合金的耐腐蚀性能。金相结果表明,在不同温度下固溶处理之后的Mg-8Li-3Al-2Zn-0.5Y镁锂合金,晶界上的AlLi颗粒固溶到?-Li相内,而Al_2Y颗粒仍然保留在晶界处。在固溶过程中,Mg-8Li-3Al-2Zn-0.5Y镁锂合金的晶粒重新生长,随着固溶温度的升高,合金的晶粒尺寸变得大而均匀,合金中的晶界减少。由于腐蚀常常发生在晶界附近,随着晶界的减少合金的耐腐蚀性能提高。此外,固溶过程中,随着固溶温度的升高,AlLi颗粒在?-Li相中得到更好的溶解,使得?-Li相的成分变得更加均匀。因此,合金表面的腐蚀膜也变得更加均匀,腐蚀膜的裂纹也明显减少,Mg-8Li-3Al-2Zn-0.5Y镁锂合金的耐腐蚀性能得到提高。


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