低壓砂型鑄造Mg-Gd-Y-Zr鎂合金腐蝕行為研究.pdf

1、Mg-Gd-Y-Zr系鎂合金是近年來開發(fā)的新型高強(qiáng)耐熱稀土鎂合金，在航天航空領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前對Mg-Gd-Y-Zr系鎂合金的研究主要集中在合金的微觀組織與力學(xué)性能方面，而且重點(diǎn)是基于金屬型鑄造條件開展的。但航空航天部件大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為減少鑄件熱裂傾向往往采用砂型鑄造工藝生產(chǎn)。當(dāng)前有關(guān)砂型鑄造Mg-Gd-Y-Zr合金腐蝕行為的研究極少，有必要開展系統(tǒng)深入的研究，以便推動(dòng)該合金的在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　本文以低壓砂型鑄

2、造Mg-Gd-Y-Zr鎂合金為研究對象，采用光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD)、帶能譜(EDS)的場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、拉伸試驗(yàn)機(jī)，三電極電解池及PARSTAT2273電化學(xué)工作站等手段，系統(tǒng)研究了熱處理狀態(tài)及合金元素Gd、Zr含量對鑄件的金相組織、腐蝕產(chǎn)物膜的成分、表面腐蝕形貌、開路電位、電化學(xué)阻抗譜和動(dòng)電位極化曲線的變化規(guī)律，并與金屬型鑄造條件下的情形進(jìn)行了對比，闡明了砂型鑄造條件下Mg-Gd-Y-Zr鎂合金

3、的腐蝕行為。
　　研究表明，不同熱處理態(tài)下金屬型和砂型鑄造Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金的腐蝕速率變化規(guī)律相同，即:F＞T6＞T4.其原因是F態(tài)中的共晶相化合物相較多，而且分布不連續(xù)，與α-Mg基體構(gòu)成嚴(yán)重的電偶腐蝕。T4態(tài)耐腐蝕性能優(yōu)于T6態(tài)，其機(jī)理為T6態(tài)合金出現(xiàn)的大量細(xì)小的β'析出相與α-Mg基體也能產(chǎn)生電偶腐蝕，降低了合金的耐蝕性能。而T4態(tài)由于共晶化合物溶解到基體中，大大減少了引發(fā)電偶腐蝕的電偶對，有助于耐蝕性能的

4、改善。研究發(fā)現(xiàn)，金屬型鑄造Mg-10Gd-3 Y-0.5Zr合金的耐腐蝕性能優(yōu)于砂型鑄造。電化學(xué)性能研究表明:砂型鑄造F態(tài)合金在Mg(OH)2飽和的5％NaCl溶液中的阻抗值最小，T4態(tài)合金的阻抗值最大。腐蝕膜層的阻抗值越大，腐蝕膜層的保護(hù)性越好，合金耐蝕性越高。F、T4、T6三種熱處理狀態(tài)下合金的腐蝕電流密度分別為:36μA·cm-2，10μA·cm-2和33μA·cm-2。電化學(xué)阻抗譜模擬等效電路圖為[Rs(CPE1(Rt(RfCP

5、E2))].
　　研究了合金元素Gd、Zr對砂型鑄造Mg-Gd-Y-Zr合金組織與腐蝕行為的影響。結(jié)果表明，Gd含量對合金晶粒尺寸影響較小，但第二相體積分?jǐn)?shù)不同。當(dāng)合金中Gd含量分別為9％、10％、11％時(shí)，隨著Gd含量的增加，合金的耐腐蝕性能下降。這是由于隨著Gd含量增加，合金中的方塊相和析出相β'(Mg5(Gd，Y)數(shù)量均增多，第二相與α-鎂基體構(gòu)成電偶腐蝕的陰陽極，導(dǎo)致腐蝕加劇。隨著Zr含量增加，合金晶粒尺寸得到細(xì)化，Zr核

6、數(shù)量增加，分布情況也發(fā)生改變。研究發(fā)現(xiàn)，Zr含量為0.3％時(shí)，富鋯區(qū)主要分布在合金內(nèi)部，合金腐蝕產(chǎn)物膜對基體的保護(hù)作用最好，有利于提高合金的耐腐蝕性。不同Gd、Zr含量合金的腐蝕形貌觀察表明:隨Gd含量增加，腐蝕產(chǎn)物從直立的針狀物變?yōu)橹绷⒌钠瑺钗?，再到無規(guī)則堆疊的三角狀物，且致密度減小。不同Zr含量合金表面腐蝕產(chǎn)物都是由垂直于合金表面的羽毛狀物組成，Zr含量為0.3％的合金表面腐蝕產(chǎn)物最為致密。
　　研究了合金元素Gd、Zr含量對

7、電化學(xué)性能的影響，結(jié)果表明:Gd含量為9％、10％和11％時(shí)，合金的開路電位分別為-1.8342V、-1.81954V和-1.6691V。當(dāng)Gd含量增加到11％時(shí)，合金中形成了更多的第二相，由于第二相腐蝕電位較正，數(shù)量較多的第二相導(dǎo)致鎂合金整體電位變正，開路電位變大。Gd含量越高合金表面腐蝕膜層的阻抗值越小，腐蝕膜層的保護(hù)性越差，合金越不耐腐蝕。研究還發(fā)現(xiàn)，隨著Gd含量的增加，合金的腐蝕電流密度增加。Zr含量為0.3％、0.4％、0.5

8、％時(shí)，合金的開路電位分別為-1.85778V、-1.74082V和-1.81954V.不同Zr含量合金腐蝕差異主要跟合金中富鋯區(qū)的數(shù)量和分布有關(guān)。Nyquist圖表明不同Zr含量合金的阻抗值由大到小的順序?yàn)?0.3Zr＞0.5Zr＞0.4Zr.極化曲線測量得到的0.3％Zr、0.4％Zr和0.5％Zr合金的腐蝕電流密度Icorr分別為13.5μA·cm-2，26.5μA·cm-2和15.3μA·cm-2.腐蝕電化學(xué)機(jī)理分析表明:Zr含量