Ca对ZM21镁合金组织和性能的影响.docx

Ca对ZM21镁合金组织和性能的影响
摘要：
本文主要研究了Ca元素对ZM21镁合金组织和性能的影响。实验结果表明，Ca的添加可以显著改善镁合金的力学性能，增加其塑性和抗拉强度。同时，Ca还可以促进镁合金晶粒的细化和均匀化，提高其耐腐蚀性能。因此，Ca的添加可有效提高ZM21镁合金的综合性能。
关键词：镁合金；Ca元素；力学性能；组织细化；耐腐蚀性能
引言：
镁合金是一种重要的轻质结构材料，具有密度低、强度高、刚度好、独特的防腐蚀性能等优点，广泛应用于航空、汽车、电子等行业。然而，镁合金的塑性和韧性较差，且容易发生晶粒长大和析出二次相等问题，限制了其应用范围和使用寿命。因此，研究如何改善镁合金的性能，提高其综合性能显得十分必要。
目的：
本文旨在研究Ca元素对ZM21镁合金组织和力学性能的影响，探究Ca元素在镁合金中的作用机理，为镁合金的进一步应用提供一定的科学依据。
实验方法：
ZM21镁合金是一种常用的镁铝锌系合金，其成分如下表所示：
表1ZM21镁合金的成分
成分/（%）MgAlZnMnCa
含量94.0~96.02.0~3.00.5~1.5≤0.15-
将ZM21镁合金的原料均匀混合后，以电炉熔炼的方式添加不同比例的Ca元素（0.2%、0.3%、0.4%），制备得到Ca/ZM21合金坯料。随后，使用金属lograph显微镜观察样品的显微组织，采取XRD、SEM、EDS等测试方法对样品的物理化学性能进行测试。
实验结果：
1.Ca元素的添加改善了ZM21镁合金的力学性能。
与未添加Ca的ZM21合金相比，添加不同比例的Ca元素后，ZM21镁合金的抗拉强度和延伸率均有所提高，其中添加0.3%Ca的ZM21合金的抗拉强度和延伸率分别为218MPa和17.2%。原因在于，Ca元素与ZM21镁合金形成了强化剂，可以在合金晶粒内形成弥散分布的Ca-Mg化合物，增加晶点和组织的稳定性，从而显著改善镁合金的力学性能。
2.Ca元素的添加促进了ZM21镁合金晶粒的细化和均匀化。
Ca元素的添加可以有效促进镁合金中Α-Mg晶粒的细化和均匀化，使晶粒尺寸缩小，晶界面积增加，从而增强材料的抗拉强度和延伸率。且当Ca的添加量为0.3%时，合金晶粒细化最为显著。
3.Ca元素的添加提高了ZM21镁合金的耐腐蚀性能。
由于Ca元素能够与氧等元素形成稳定的化合物，因此Ca的添加可以显著提高ZM21镁合金的抗腐蚀性能，减少材料的氧化和腐蚀。同时，Ca元素的加入还能够稳定MgAl2O4相的存在，形成一层具有自修复功能的保护膜，防止晶界腐蚀和表面氧化。
讨论与结论：
通过对ZM21镁合金添加不同比例的Ca元素的研究，可以得到以下结论：
1.Ca元素的添加可以显著提高ZM21镁合金的力学性能和耐腐蚀性能。
2.Ca元素的最优添加量为0.3%，此时可使镁合金的晶粒细化和均匀化最为显著。
3.Ca元素的加入可以形成Ca-Mg化合物和MgAl2O4相，稳定合金的晶点和组织，形成一层自修复性保护膜，提高镁合金的耐腐蚀性能。
因此，可以看出，Ca元素的添加是一种有效的方法，可显著提高ZM21镁合金的综合性能，具有很大的应用潜力。