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镁合金具有密度小、比重轻、节能降耗、资源丰富、易回收等优点,是最轻的金属结构材料并广泛应用于各个领域。准晶具有的高硬度、低热膨胀系数、低界面能、高抗腐蚀性等特性,使其特别适合作为韧性基体材料中的强化相和耐腐蚀相。十几年间对于Mg-Zn-Y合金中二十面体准晶的研究发现该合金的准晶形成能力较强,既可在非平衡凝固的快速凝固过程中生成,也可在在常规铸造的缓慢凝固过程中生成,为稳定准晶。但以往的研究对第四组元的加入对Mg-Zn-Y合金中准晶形成能力的影响的研究较少,对于通过普通凝固方式制备的准晶镁合金的耐腐蚀性能的研究较少,尤其是普通凝固方式制备的准晶/AZ91镁合金的耐蚀性能的研究还从未报道。
本论文以Mg-Zn-Y基准晶为研究对象,结合前人研究的成果,对Mg-Zn-Y基准晶及其增强AZ91镁合金性能研究。为镁基准晶的应用开辟了新的思路。将微量合金元素La、Ce、Cu、Nd 添加到设计好的准晶成分中。选用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究手段,进一步检测稀土元素对准晶组织形态及其构成的影响。选用显微硬度机和电化学工作站检测并讨论准晶的力学性能和抗腐蚀性能。选取性能较好的稀土元素,以稳定的工艺在AZ91镁合金中加入不同成分不同含量的准晶,测得准晶合金和准晶/AZ91镁合金的极化曲线及自腐蚀电位,探讨了准晶/镁合金的腐蚀机理。
研究结果表明,对于等量的添加元素,Cu作为第四元加入后的强化及抗腐蚀性能、准晶圆球化效果均优于其他元素。在传统铸造条件下,制备出显微硬度高达HV273的准晶颗粒。准晶以稳定的工艺添加到AZ91镁合金中,增强后Mg74Zn22Y2Cu2/90%AZ91镁合金的显微硬度达到HV172。La元素量增加,提高了镁合金的耐蚀性。当La含量小于2%时,随着La元素量含量的增加,镁合金耐蚀性增加。当La含量大于2%时,随着La元素量含量的增加,镁合金耐蚀性降低明显。表明过高含量的La会导致贫Al区出现,使镁合金的耐蚀性降低。随着 Cu 和准晶中间合金添加量的增加,镁合金的耐腐蚀性逐渐增强。实验得出Mg74Zn22Y2Cu2/90%AZ91 表现出良好的综合性能,该准晶能够在镁合金耐腐蚀性和高硬度高强度方面得到很好的应用,从而拓展了镁合金的应用领域。