原位自生Mg_2Si/Mg-Zn-Si复合材料的合金化变质机制及耐蚀性研究

题名:原位自生Mg_2Si/Mg-Zn-Si复合材料的合金化变质机制及耐蚀性研究
作者:卞松刚
学位授予单位:南京航空航天大学
关键词:原位自生镁基复合材料;;合金化;;Mg_2Si;;显微组织;;腐蚀性能;;力学性能
摘要:
 镁合金是已实用最轻的金属结构材料,在汽车、电子电信、航空航天和国防军事等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景,其中通过合Neodymium Magnets金化变质原位自生镁基复合材料是目前研究的热点之一。
 本文以高Si含量的Mg_2Si/Mg-Zn-Si复合材料为研究对象,采用OM、SEM、EDS、XRD、图像分析软件和电子高温蠕变持久试验机等多种现代分析测试手段,并结合理论分析计算,系统研究了富La稀土、Ba单元和复合合金化对其显微组织、腐蚀性能和力学性能的影响,得到的主要结论如下:
 单元合金化对复合材料的组织结构影响的研究结果表明,富La稀土和Ba均有效地细化了Mg_2Si/Mg-Zn-Si复合材料中的Mg_2Si相,初生Mg_2Si的平均尺寸减小为30μm,共晶Mg_2Si尺寸也有所减小,分布更加均匀。富La稀土、Ba元素的变质机理分别为:富La稀土作为表面活性元素,有效地毒化了Mg_2Si的生长步骤,抑制了它的异向生长;Ba元素在凝固初期与Mg、Si元素形成BaMg_2Si2化合物,可以作为Mg_2Si相有效的形核衬底,增加了Mg_2Si的形核率,从而细化了Mg_2Si。
 通过富La稀土和Ba的复合添加,起到了协同变质Mg_2Si的作用。初生Mg_2Si变成了细小的多边形状,平均尺寸达到了20μm,数量较多;共晶Mg_2Si数量明显减少,且变成了短杆状或颗粒状,分布更加均匀。
 富La稀土、Ba单元合金化对Mg_2Si/Mg-Zn-Si复合材料耐腐蚀性能影响的研究表明,添加1%富La稀土后,复合材料的宏观腐蚀速率为0.26g·m~(-2)·h~(-1),较基体合金的(0.508g·m~(-2)·h~(-1)降低了近50%,腐蚀电流密度也显著降低;添加1%Ba后,宏观腐蚀速率为0.326g·m-2·h-1,腐蚀电流密度为4.741×10-5J/(A·cm~(-2)),降低了71.5%。
 通过复合添加富La稀土、Ba,Mg_2Si/Mg-Zn-Si复合材料获得了较单元合金化更优的耐腐蚀性能。宏观腐蚀速率较变质前降低了53%,腐蚀电流密度降低了近一个数量级。
 通过显微硬度测试、室http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets温和高温拉伸试验、高温蠕变试验等研究了富La稀土、Ba复合合金化对Mg_2Si/Mg-Zn-Si复合材料力学性能的影响。结果表明,复合合金化使复合材料的平均显微硬度略有升高,显微硬度标准偏差减小;当两种合金元素的复合添加比例为1:1时,复合材料的室温和高温抗拉强度分别提高了45.7%和46.4%,延伸率分别提高了64.3%和62.5%;同时,富La稀土、Ba合金化后Mg_2Si/Mg-Zn-Si复合材料的稳态蠕变速率降低了近20倍。
学位年度:2010