稀土对镁合金力学性能和耐蚀性的影响.doc

一般镁合金存在耐热性能差的缺点,当温度升高时,镁合金的强度和抗蠕变性能都要明显下降,因而它难以作为高温长时间使用部件。加入稀土元素后可以显著改善镁合金高温蠕变性能,并能使镁合金的室温和高温的硬度、强度都明显提高。通常认为添加稀土元素改善镁合金力学性能的机制主要是细晶强化、固溶强化和晶界强化
细晶强化
表面张力的存在使晶粒界面处产生阻碍晶体变形的难变形区,表面张力越大,难变形区越大,则使其产生滑移所需加的力(变形抗力)越大。稀土加入镁合金能细化合金晶粒,使晶粒尺寸减小,晶粒尺寸减小时,表面张力增加,从而增大了变形抗力,因此强度、硬度等力学性能也就相应得以提高。但需要注意的是过细的晶粒组织有可能会降低材料的蠕变性能。
固溶强化
稀土加入镁合金后,部分固溶在α-Mg内形成固溶体,另一部分形成镁2稀土化合物,它们在高温下比较稳定,不易析出长大,而且这些化合物还都有很高的热硬性,就是所谓的固溶强化。利用Y在Mg中的高固溶度(12.5%,质量分数)和Mg-Y合金的时效硬化能力,目前已成功开发了如Mg-Y-Nd-Zr系合金,在300℃时仍具有优良的抗蠕变性能[20]。
3、晶界强化
β相的热稳定性一直被认为是影响镁合金耐热性能的关键。Mg-Al合金中强化相β-Mg17Al12相的熔点仅为437℃,当温度超过120～130℃时,晶界上的Mg17Al12相开始软化,不能起到钉扎晶界和抑制高温晶界的转动作用,导致合金的持久强度和蠕变性能急剧降低[21]。通过向镁合金中添加稀土,可以在晶界处形成富Al-RE相,该相的熔点很高,热稳定性很好,它们的存在能阻止高温下镁合金晶粒的长大和晶界的滑移,起到晶界强化的作用,从而明显提高镁合金高温性能和抗蠕变能力。但是针状富铝稀土相对基体有明显的割裂作用,使合金的常温伸长率和冲击韧度值降低。
黄晓锋等研究了Y和富La稀土对镁合金的微观组织、铸态力学性能和蠕变性能的影响,结果表明,稀土的加入能使镁合金的室温和高温硬度、抗拉强度和屈服强度均有一定的提高,加入1%Y的镁合金的第二阶段蠕变率仅为原镁合金的1/4。
镁合金在环境介质中表面都会形成一层很薄的氧化膜,这种多孔状的氧化膜不能有效阻止环境介质,特别是氧化性和腐蚀性介质对镁合金基体的腐蚀,影响到镁合金的使用性能。在镁合金中添加稀土元素,可有效改变合金腐蚀层结构,强化阴极相控制,影响合金腐蚀的电化学过程,从而提高镁合金的耐蚀性能。
稀土改变了镁合金腐蚀层的结构
由于RE元素活性较高,加入镁合金中的RE容易同氧发生反应生成稀土氧化物,在镁合金表面形成一层Mg、Al、RE的复合氧化物层。而稀土氧化物的化学活性低,对NaCl腐蚀介质不敏感,在含Cl-的溶液中很难与水形成氢氧化物,因而能够维持复合氧化膜的完整性,起到钝化膜的作用。此外,稀土可以与镁合金表面层中的杂质元素反应,起到净化表面的作用,使镁合金表面活性点减少或消失,从而使得合金的耐腐蚀性能提高。

合金管HYPERLINK"http://www.tjbfgt.com"www.tjbfgt.com不锈钢管HYPERLINK"http://www.tj304l.com"www.tj304l.com无缝钢管HYPERLINK"http://www.bf8163.com"www.bf8163.com