含稀土AZ91镁合金析出相腐蚀行为与其微结构的相关性

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:hanqingnan
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镁合金是目前最轻的金属结构材料,诸多优异的性能使镁合金广受青睐。但由于较差的耐蚀性以及较差的耐高温性能而严重制约了镁合金的广泛应用。添加适量的稀土是改善镁合金性能的有效途径之一。本课题采用多种测试方法对添加不同含量的稀土Y、(La,Ce)混合稀土的AZ91镁合金中析出相的结构、相对电势差及其与基体的界面结合方式等进行了研究,揭示了析出相在镁合金腐蚀过程中的作用与其微结构之间的关系。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及透射电镜(TEM)等测试方法研究了添加稀土前后镁合金中析出相的形貌、成分及结构。结果显示,AZ91镁合金的微观组织主要包含基体α-Mg、第二相β-Mg17Al12以及少量的AlMn相。添加稀土Y后,AZ91镁合金中除了α-Mg和β-Mg17Al12相之外还形成了块状的Al2Y、Al2Y3稀土相,以及含Mn的稀土相Al10Mn2Y。添加(La,Ce)混合稀土的AZ91镁合金中形成了针状稀土相、短棒状稀土相以及块状稀土相,其中针状和短棒状相都为Al4(La,Ce)化合物,块状稀土相为Al8Mn4Ce。采用激光共聚焦显微镜(LSCM)和扫描探针显微镜(SPM)原位观测了添加稀土前后镁合金中析出相的腐蚀情况。AZ91镁合金表面腐蚀严重,遭受腐蚀的面积较大,其中AlMn相周围的基体腐蚀最严重。添加稀土Y后,AZ91镁合金只在局部区域发生点蚀,稀土相周围的基体腐蚀较为严重,与稀土相邻近的β相周围的基体腐蚀较轻。添加(La,Ce)混合稀土的AZ91镁合金中的针状稀土相没有明显促进周围基体腐蚀的现象。原位腐蚀试验结果表明,AZ91镁合金中的AlMn相与含Y镁合金中的稀土相均有明显的微电偶驱动作用,能够促进其周围基体的腐蚀。含(La,Ce)镁合金中针状稀土相与基体之间的微电偶腐蚀现象不明显。采用扫描探针显微镜中Peak-Force KPFM功能测试了微区的电势分布,结果显示,添加稀土前后AZ91镁合金中β相与基体之间的电势差在140160mV之间;AZ91镁合金中AlMn相与基体之间的电势差约为340mV;添加稀土Y后,形成的块状稀土相(Al2Y,Al2Y3)与基体之间的电势差在350400 mV之间;添加(La,Ce)混合稀土后形成的块状相与基体之间的电势差约为400mV,针状稀土相与基体之间的电势差在410450mV之间,短棒状稀土相与基体之间的电势差约为410mV。通过HRTEM分析可知添加稀土前后β相与基体之间的界面结合方式均为半共格,AlMn、Al2Y、Al2Y3、Al8Mn4Ce等析出相与基体之间的界面结合方式均为非共格,针状的Al4(La,Ce)与基体之间的界面结合方式为半共格。结果表明,析出相在镁合金腐蚀过程中的作用不仅决定于其电势的高低,析出相与基体的界面结合方式也会影响其腐蚀作用:因为AlMn相和块状稀土相与基体之间的相对电势差较大,加之界面结合方式为非共格,界面能量较高、不稳定,容易诱发微电偶腐蚀;而针状稀土相虽然与基体间的电势差较大,但与基体界面结合方式为半共格,界面能量较低、比较稳定,不易诱发微电偶腐蚀。
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