AZ91D鎂合金顯微組織對(duì)其在特定環(huán)境下腐蝕行為的影響.pdf

1、鎂合金作為一種輕質(zhì)工程材料，具有比重輕、比強(qiáng)度高、比剛度高、電磁屏蔽性能好及鑄造性能優(yōu)良等一系列優(yōu)點(diǎn)，在汽車、3C、航空航天等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而，鎂合金的耐腐蝕性能較差，限制了鎂合金的應(yīng)用。目前對(duì)鎂合金在NaCl溶液中的腐蝕行為的研究較多，但是對(duì)鎂合金在大氣腐蝕特別是在重污染地區(qū)等特殊環(huán)境下的腐蝕行為的研究還相對(duì)較少。鎂合金產(chǎn)品的制造方式有鑄造、壓鑄及半固態(tài)成形技術(shù)等，各種成形方式日趨成熟，但是針對(duì)不同成形工藝下鎂合金顯微組織

2、對(duì)其腐蝕行為影響的研究還缺乏系統(tǒng)性，對(duì)鎂及其合金在含硫酸根離子的溶液中的腐蝕行為的研究還相對(duì)較少，對(duì)觸變成形鑄件在熱處理過(guò)程中顯微組織的演變及耐腐蝕性能的研究也有待深入。因此，有必要系統(tǒng)研究AZ91D鎂合金顯微組織對(duì)其在大氣及溶液等特殊環(huán)境下腐蝕行為的影響，以期豐富和發(fā)展鎂合金腐蝕理論，為拓展鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域、充分發(fā)揮其性能潛力奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　　 本文利用金相顯微鏡、SEM、TEM、EDS、XRD、GDS、FTIR及電化學(xué)測(cè)試

3、等方法，對(duì)不同顯微組織的AZ91D鎂合金在特殊環(huán)境下的腐蝕行為進(jìn)行了研究，得到在不同環(huán)境下鎂合金的腐蝕機(jī)制。對(duì)鑄態(tài)和壓鑄態(tài)AZ91D在太原地區(qū)環(huán)境下進(jìn)行室外暴露實(shí)驗(yàn)，研究了鎂合金表面腐蝕產(chǎn)物層的結(jié)構(gòu)特征和表面龜裂現(xiàn)象；通過(guò)比較壓鑄鎂合金AZ91D在中性NaCl溶液、Na2SO4溶液、MgSO4溶液及不同pH值的Na2SO4溶液中的腐蝕行為，系統(tǒng)研究了SO42-離子對(duì)壓鑄鎂合金腐蝕的影響，構(gòu)建了AZ91D鎂合金在含SO42-溶液中腐蝕速率

4、及腐蝕電位與pH值之間的關(guān)系圖；比較了觸變成形與高壓壓鑄AZ91D鎂合金在中性NaCl水溶液中的腐蝕行為，研究了不同顯微組織對(duì)鎂合金耐腐蝕性能的影響。詳細(xì)研究了觸變成形AZ91D鎂合金鑄件固溶、時(shí)效處理時(shí)顯微組織的演變，分析了觸變成形鎂合金鑄件時(shí)效強(qiáng)化的機(jī)理。
　　 鎂合金AZ91D在重污染地區(qū)的大氣腐蝕速率服從冪指數(shù)規(guī)律。鑄態(tài)和壓鑄態(tài)鎂合金在太原地區(qū)的大氣腐蝕動(dòng)力學(xué)方程分別為C=1.533t0.602及C=1.661t0.50

5、7。鑄態(tài)和壓鑄態(tài)AZ91D在太原地區(qū)環(huán)境下暴露12個(gè)月的大氣腐蝕速率分別為6.24g·m?2·y?1和5.97g·m?2·y?1。大氣腐蝕產(chǎn)物包括Mg(OH)2、MgCO3及Mg2Al2(SO4)5·39H2O等，酸雨及SO2的存在是硫酸鹽產(chǎn)物形成的重要原因。顯微組織對(duì)鎂合金大氣腐蝕行為有較大的影響。表面缺陷主要影響鎂合金初期的大氣腐蝕速率，晶粒尺寸在AZ91D鎂合金的大氣腐蝕過(guò)程中影響著腐蝕產(chǎn)物層的厚度及表面裂紋分布，第二相分布情況主

6、要影響大氣腐蝕后期的腐蝕速率。
　　 壓鑄鎂合金AZ91D在NaCl溶液中腐蝕48h后發(fā)生了點(diǎn)蝕，在含SO42-的溶液中發(fā)生了全面腐蝕。各種溶液中的腐蝕速率大小順序?yàn)椋簐NaCl＞vMgSO4＞vNa2SO4，鎂合金在含SO42-的溶液中腐蝕速率相對(duì)較小，腐蝕過(guò)程主要是陰極析氫腐蝕控制。腐蝕產(chǎn)物主要為Mg(OH)2及MgAl2(SO4)4·22H2O。MgAl2(SO4)4·22H2O的形成需要一個(gè)時(shí)間門檻值。壓鑄鎂合金AZ91

7、D在不同pH的Na2SO4的溶液中腐蝕速率大小順序?yàn)樗嵝裕局行裕緣A性溶液。隨著pH值的增大，腐蝕速度呈遞減趨勢(shì)。在各種溶液中的腐蝕產(chǎn)物主要為MgAl2(SO4)4·22H2O、MgCO3及Mg(OH)2，不同的pH值不改變腐蝕產(chǎn)物類型，只改變腐蝕產(chǎn)物的形貌。在酸性Na2SO4的溶液中，浸蝕約330h后表面會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。
　　 觸變成形AZ91D鎂合金組織中存在原固相α-Mg，其Al含量相對(duì)較低，導(dǎo)致共晶α-Mg中Al含量較高壓

8、壓鑄鎂合金中共晶α-Mg要高。在腐蝕初期，觸變成形鑄件中原固相α-Mg作為主要腐蝕相，腐蝕一定時(shí)間后原固相α表面的腐蝕產(chǎn)物膜能較穩(wěn)定地附著于α相表面阻止腐蝕繼續(xù)發(fā)生，而后共晶α相作為主要被腐蝕相。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明觸變成形鑄件腐蝕速率約比壓鑄鑄件低28[％]。觸變成形AZ91D鎂合金在415℃時(shí)固溶處理導(dǎo)致β相溶入α-Mg固溶體，其固溶速率比高壓壓鑄的快，在固溶初期觀察到富鋁暈圈。壓鑄態(tài)和觸變成形試樣在熱處理過(guò)程中的晶粒長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)方程分