AZ91D鎂合金顯微組織對其在特定環(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。目前對鎂合金在NaCl溶液中的腐蝕行為的研究較多，但是對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，但是針對不同成形工藝下鎂合金顯微組織

2、對其腐蝕行為影響的研究還缺乏系統(tǒng)性，對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較少，對觸變成形鑄件在熱處理過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)測試

3、等方法，對不同顯微組織的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、時效處理時顯微組織的演變，分析了觸變成形鎂合金鑄件時效強(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較小，腐蝕過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的形成需要一個時間門檻值。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。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程中的晶粒長大動力學(xué)方程分