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Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金的耐蚀性及铈转化膜研究

易建龙  
【摘要】: Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金具有轻质、高强、耐热和深冲性能好等优异性能,这是在具有减重需求的航空航天、武器装备和交通运输等领域的应用前提。但该合金较差的耐蚀性,将影响其使用寿命和应用成本。只有提高Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金的耐腐蚀性能,才能使该合金得以快速发展。针对这一主要问题,本文采用光学显微镜、带能谱分析的扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪、电化学工作站等分析手段,系统研究了Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金在不同环境中的腐蚀行为,采用时效热处理、合金化及铈转化膜等途径增强该合金耐蚀性等内容,获得了以下结果: 1.采用SEM等手段对Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金在NaCl溶液中的点腐蚀行为进行研究,揭示了该合金的点蚀形成规律,建立了点腐蚀动力学模型。Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金板点蚀的主要原因是合金中的第二相粒子与a-Mg基体存在电势差,在溶液中很容易产生电偶腐蚀效应,粗大的第二相富稀土粒子是诱发点蚀的根源。通过适当的热处理工艺,或添加合金元素Ce,可以改善合金内第二相粒子的尺寸与分布,提高合金的耐腐蚀性能。 2.探求了时效工艺对Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金强度和腐蚀性能的影响规律。过时效合金强度下降很少是由于合金中存在大量β相和β1相。过时效合金耐蚀性显著增强的原因是富稀土粒子在晶界处析出变得细小,分布不连续,有效阻断了腐蚀通道的形成。 3、在Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金中加入Ce后,形成了钝化的表面膜,细化了第二相,使第二相呈连续网状分布,提高了合金的腐蚀电位,增大了镁离子生成镁的反应速率常数,减少了镁的阳极溶解速率常数,合金的腐蚀速率明显下降,提高了合金的耐蚀性。Ce加入量为0.5%时,Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金获得了较优化的耐蚀性。 4.采用正交实验方法在镁稀土合金表面获得了制备铈转化膜的最佳条件:pH值为10.0,成膜时间为30 min,成膜促进剂的浓度为0.05 M,成膜温度为25℃。具体分析了pH值,成膜时间,成膜促进剂的浓度和温度等因素对铈转化膜耐蚀性的影响。 5.利用LDHs插层组装原理,采用共沉淀法在镁稀土合金表面制备了MgCe-LDHs转化膜,MgCe-LDHs膜层内是共价键结合,不容易被破坏,而层间碳酸根离子经长时间浸泡被氯离子部分置换,膜结构没有改变。因为碳酸根离子一旦嵌入MgCe-LDHs的结构中,其他阴离子很难将其置换,能够增强MgCe-LDHs转化膜在含氯离子溶液中的耐蚀性。


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