合金元素Sb對(duì)Mg-5Al-2Sr合金組織和性能的影響.pdf

1、本文利用金相顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDAX)、拉伸力學(xué)性能測(cè)試、硬度測(cè)試、腐蝕失重法、電化學(xué)極化曲線和阻抗譜測(cè)試(EIS)等手段，系統(tǒng)地研究了表面活性元素Sb對(duì)Mg-5Al-2Sr合金組織和性能的影響規(guī)律和作用機(jī)制，為高強(qiáng)韌性能耐熱鎂合金的研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用發(fā)展提供理論指導(dǎo)。
　　研究結(jié)果表明，Mg-5Al-2Sr合金的鑄態(tài)組織主要由枝晶α-Mg、沿晶界或分布在枝晶間的具有層狀形貌

2、的共晶或離異共晶的Al4Sr相以及具有塊狀形貌的三元Mg9Al3Sr相(η相)組成。Sb的加入使合金中引入了一種顆粒狀新相SbSr2，同時(shí)抑制了合金中三元η相的形成。所有鑄態(tài)合金中均未出現(xiàn)Mg-Al系合金中常見(jiàn)的Mg17A112相。加入0.3％的Sb不僅能夠有效地細(xì)化合金基體組織，同時(shí)促進(jìn)了合金中共晶Al4Sr的形成，使該相的分布更趨網(wǎng)狀化；隨著Sb含量的增加，SbSr2相的數(shù)量逐漸增多，網(wǎng)狀分布的Al4Sr相開(kāi)始斷開(kāi)；當(dāng)Sb含量增至1

3、.0%時(shí)，合金中Al4Sr相的形態(tài)基本呈鏈狀不連續(xù)分布，顆粒狀SbSr2相比較粗大，晶粒尺寸也較大。Mg-5Al-2Sr-xSb鑄態(tài)合金的室溫和高溫（150℃）抗拉強(qiáng)度隨著Sb含量的增加而增加，均在Sb的加入量為0.6%時(shí)達(dá)到最大值，分別為196MPa和168Mpa。與室溫相比，高溫時(shí)合金抗拉強(qiáng)度的降低幅度隨著Sb含量的增加而加大。合金的室溫和高溫（150℃）延伸率、沖擊韌性在Sb的加入量為0.6%時(shí)也均達(dá)到最大值，分別為9.1%、13

4、.7%和21.6J·cm-2，在Sb的加入量為0.6%時(shí)鑄態(tài)合金具有最好的綜合力學(xué)性能。Mg-5Al-2Sr-xSb（x=0，0.6，1.0）合金的斷裂機(jī)制為準(zhǔn)解理斷裂，Mg-5Al-2Sr-0.3Sb合金的斷裂機(jī)制為沿晶斷裂。
　　Mg-5Al-2Sr鑄態(tài)合金中加入0.3%的Sb能夠顯著提高合金的耐腐蝕性能。與Mg-5Al-2Sr合金相比，此時(shí)合金的腐蝕速率最小，為0.35mg·cm-2·d-1；合金的腐蝕電位明顯正移，腐蝕電流

5、密度降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，為1.074×10-5A·cm-2，線性極化電阻Rp明顯增大；合金的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rt和表面膜電阻Rf有很大程度的提高，雙電層電容CPE和表面膜電容Cf顯著減小，感抗值很大。Mg-5Al-2Sr-xSb合金的腐蝕源于合金中塊狀的η相或顆粒狀的SbSr2相與它們周圍的α-Mg形成電偶腐蝕進(jìn)而誘發(fā)點(diǎn)蝕的過(guò)程，合金的腐蝕程度與顆粒相的數(shù)量和尺寸成正比。網(wǎng)狀A(yù)l4Sr相的密集分布能夠成為腐蝕的有效障礙，它不僅能減小金屬的腐蝕

6、面積，阻礙腐蝕的擴(kuò)展，還能在自身表面形成穩(wěn)定的鈍化膜抑制電極反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。
　　Mg-5Al-2Sr-xSb合金經(jīng)過(guò)415℃/20h固溶處理后，合金組織中的Al4Sr相、三元η相和SbSr2相整體表現(xiàn)出較高的熱穩(wěn)定性，只有部分共晶相端點(diǎn)的非平衡相發(fā)生了溶解，原來(lái)島鏈狀A(yù)l4Sr相的連續(xù)化程度有所減少。所有固溶態(tài)合金的室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率較鑄態(tài)都有所升高，而屈服強(qiáng)度和硬度下降?？估瓘?qiáng)度在Sb的含量為0.6%時(shí)達(dá)到最大值，為2

7、28MPa，此時(shí)合金的延伸率也達(dá)到最大，為14.2%，固溶態(tài)Mg-5Al-2Sr-0.6Sb合金具有最好的綜合力學(xué)性能。所有固溶態(tài)合金的斷裂機(jī)制為準(zhǔn)解理斷裂。
　　Mg-5Al-2Sr-xSb合金經(jīng)200℃/24h時(shí)效處理后所有合金中枝晶偏析的現(xiàn)象都已消除。Mg-5Al-2Sr合金和Mg-5Al-2Sr-0.6Sb合金基體組織中島鏈狀A(yù)l4Sr相的連續(xù)化程度進(jìn)一步降低，基本呈棒狀或粒狀分布，晶內(nèi)有顆粒狀β-Mg17A112相連續(xù)析

8、出。Mg-5Al-2Sr-0.3Sb合金和Mg-5Al-2Sr-1.0Sb合金晶界附近有片狀不連續(xù)β-Mg17A112相析出，并向晶內(nèi)擴(kuò)展。所有時(shí)效態(tài)合金的室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度較固溶態(tài)都有所升高?？估瓘?qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度值和延伸率在Sb含量為0.6%時(shí)均達(dá)到最大值，分別為247MPa、175MPa、97HV、5.5%，時(shí)效態(tài)Mg-5Al-2Sr-0.6Sb合金同樣具有最好的綜合力學(xué)性能。Mg-5Al-2Sr-xSb合金經(jīng)200℃