【正文】 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文摘 要論述了MgAlZn系合金經(jīng)過(guò)固溶處理后組織和耐腐蝕性能的變化。通過(guò)觀察經(jīng)固溶處理后的組織及塔菲爾曲線，對(duì)MgAlZn系合金固溶處理后的組織和電化學(xué)腐蝕行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)固溶處理后的鎂合金顯微組織晶粒長(zhǎng)大明顯，β（Mg17Al12）相部分溶解在基體組織中，在溫度達(dá)到560度以上時(shí)，組織發(fā)生過(guò)燒現(xiàn)象。與未經(jīng)處理鎂合金的耐腐蝕性能相比，經(jīng)過(guò)固溶處理后的鎂合金耐腐蝕性能無(wú)明顯增加。關(guān)鍵詞：鎂合金；固溶處理；顯微組織；耐腐蝕性能Title: Solution Treatment on MgAlZn alloys organizations and the impact of corrosion resistanceAbstractDiscusses the MgAlZn alloy after solution treatment and corrosion resistance after the organization changes. By observing the organization after solution treatment and the Tafel curves of MgAlZn alloy after solution treatment and electrochemical corrosion behavior was studied. The results showed that, after the magnesium alloy after solution treatment microstructure grain growth significantly, β(Mg17Al12) phase partially dissolved in the matrix organization, in the temperature reaches 560 degrees, the tissue overburning phenomenon. With untreated corrosion resistance of magnesium alloys pared to that after the magnesium alloy after solution treatment did not increase the corrosion resistance.
Keywords： Magnesium alloy；Microstructure；Corrosion resistance學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目錄目錄 3第一章 緒論 4 選題的目的與意義 4 鎂合金 5 鎂合金的發(fā)展 5 鎂合金的性能及應(yīng)用 6 鎂合金在汽車上的應(yīng)用： 6 鎂合金在3C產(chǎn)品上的應(yīng)用： 7 鎂合金的種類及發(fā)展趨勢(shì) 7 鎂合金的種類 7 鎂合金的發(fā)展趨勢(shì) 8 合金元素對(duì)鎂合金組織和力學(xué)性能的影響 10 鎂合金主要化學(xué)成分 10 合金元素對(duì)合金組織和力學(xué)性能的影響 11 固溶處理的作用 13 固溶與時(shí)效處理 13 稀土鎂合金 14 稀土鎂合金的發(fā)展現(xiàn)狀 14 稀土鎂合金的開(kāi)發(fā)應(yīng)用及前景 15 本論文的主要研究?jī)?nèi)容 16第二章 試驗(yàn)方法及設(shè)備 17 實(shí)驗(yàn)選用材料 17 固溶處理實(shí)驗(yàn)所使用的材料 17 金相實(shí)驗(yàn)選用的材料 17 耐腐蝕實(shí)驗(yàn)所使用的材料 17 X射線衍射實(shí)驗(yàn)所使用的材料 17 實(shí)驗(yàn)方案 17 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 19 固溶處理實(shí)驗(yàn)的過(guò)程 19 金相實(shí)驗(yàn)的過(guò)程 19 19 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 20第三章 固溶處理對(duì)MgAlZn系鎂合金顯微組織的影響 22 AZ91D及AZ91DRE合金的顯微組織特征分析 22 AZ91D及AZ91DRE鎂合金固溶處理后顯微組織特征分析 24 26第四章 固溶溫度對(duì)MgAlZn系鎂合金顯微組織的影響 27 不同溫度對(duì)MgAlZn系合金顯微組織的影響 27 本章總結(jié) 31第五章 固溶時(shí)間對(duì)MgAlZn系鎂合金顯微組織的影響 32 不同時(shí)間對(duì)MgAlZn系鎂合金顯微組織的影響 32 本章結(jié)論 34第六章 固溶處理對(duì)MgAlZn系鎂合金耐腐蝕性能的影響 35 固溶處理后冷卻速度對(duì)AZ91DRE系鎂合金耐腐蝕性能的影響 37 38 結(jié)論 39第七章 結(jié)論 40參考文獻(xiàn) 41致謝 4441第一章 緒論 選題的目的與意義當(dāng)前，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。汽車輕量化的途徑很多，其中采用鋁、鎂輕質(zhì)材料是汽車輕量化重要措施。20世紀(jì)90年代以來(lái)，全球掀起了鎂合金開(kāi)發(fā)應(yīng)用的熱潮，鎂合金以其豐富的資源、可回收再生、高比強(qiáng)度、高比剛性、優(yōu)異的壓鑄性能、良好切削加工性、阻尼減振和再生循環(huán)等突出性能，正重新在汽車輕量化結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越令人矚目的作用，并且隨著鎂壓鑄循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)和鎂冶金新技術(shù)的進(jìn)步，鎂合金壓鑄件生產(chǎn)的利潤(rùn)空間將打開(kāi)，鎂會(huì)在追求輕量化和性價(jià)比的結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。鎂合金正成為繼鋼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”，世界鎂產(chǎn)業(yè)以每年15%25%的幅度增長(zhǎng)，這在近代工程金屬材料的應(yīng)用中是前所未有的。鎂合金廣泛應(yīng)用于航空、航天、交通工具、3C產(chǎn)品、紡織和印刷行業(yè)等。但是普通鎂合金的機(jī)械、耐蝕、耐高溫性能較低，從而限制了其應(yīng)用范圍。因此，研究開(kāi)發(fā)具有高強(qiáng)度、耐熱、耐蝕等性能的鎂合金，拓展鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域，成為鎂合金科研工作者的重要課題。我國(guó)有豐富的稀土和鎂資源,是稀土和鎂資源儲(chǔ)備、生產(chǎn)、出口的第一大國(guó)。因此,研究開(kāi)發(fā)稀土鎂合金在我國(guó)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),合理利用稀土資源,開(kāi)發(fā)含稀土的高強(qiáng)、耐蝕性能鎂合金,不但能進(jìn)一步增加鎂合金材料在汽車工業(yè)、通訊電子業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用,也可促進(jìn)鎂合金材料在新領(lǐng)域中的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用,也為稀土材料的應(yīng)用開(kāi)辟出十分廣闊的領(lǐng)域。但我國(guó)在稀土新材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面與日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有相當(dāng)大差距。目前稀土元素仍是作為輔助元素,其加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于11%。進(jìn)一步開(kāi)發(fā)使稀土成為主加元素,并研究稀土元素與鎂合金及其他元素(如Ca、Zn等)之間的合金化機(jī)制,從而研制出最佳合金配比的特殊性能鎂合金。近年來(lái),稀土合金的研究有了很大發(fā)展,世界各國(guó)紛紛制定有利于鎂合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策,稀土在鎂合金中的應(yīng)用開(kāi)發(fā)條件逐漸成熟,隨著稀土鎂合金的優(yōu)良特性逐步為人們所接受,其應(yīng)用市場(chǎng)也將更廣闊[1]。本論文考察固溶處理對(duì)MgAlZn洗合金顯微組織和耐腐蝕性能的影響，揭示不同固溶處理時(shí)間和固溶處理溫度對(duì)AZ91D鎂合金及含混合稀土（Ce，La）的AZ91D鎂合金的顯微組織和抗腐蝕性能的影響規(guī)律。 鎂合金 鎂合金的發(fā)展1808年在實(shí)驗(yàn)室制得純鎂，1886年鎂合金在德國(guó)開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)，1935年蘇聯(lián)首次將鎂合金用于飛機(jī)生產(chǎn)，1936年德國(guó)大眾用壓鑄鎂合金生產(chǎn)甲克蟲汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)零部件，1946年達(dá)到單車鎂合金用量18Kg，1938年英國(guó)伯明翰首次將鎂合金運(yùn)用到摩托車變速箱殼。20世紀(jì)40年代皮江煉鎂法發(fā)明，由于工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本大幅降低，使全世界的原鎂產(chǎn)量大幅增加，但能源消耗大，污染環(huán)境嚴(yán)重。此前所用的電解法煉鎂，雖然潔凈，但生產(chǎn)成本較高[2]。國(guó)外對(duì)于鎂合金的發(fā)展非常重視，各國(guó)紛紛加大鎂合金制品的研發(fā)力度，尤其是20世紀(jì)90年代以來(lái)，相繼出臺(tái)了鎂研究計(jì)劃，開(kāi)展了大型的產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目和計(jì)劃。德國(guó)政府制訂了一個(gè)投資2500萬(wàn)德國(guó)馬克的鎂合金研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃，主要研究壓鑄合金工藝，快速原型化與工具制造技術(shù)和半固態(tài)成型工藝，以提高德國(guó)在鎂合金應(yīng)用方面的能力；1993年歐洲汽車制造商提出3公升汽油轎車的新概念，美國(guó)也提出了PNGV（新一代交通工具）的合作計(jì)劃[3]，其目標(biāo)是生產(chǎn)出消費(fèi)者可承受的每百公里耗油3公升的轎車，且整車至少80％以上的部件可以回收，這些要求迫使汽車制造商采用更多高新技術(shù)，生產(chǎn)重量輕、耗油少、符合環(huán)保要求的新一代汽車；日本通過(guò)了家電回收法，以限制工程塑料的使用，率先將鎂合金用于筆記本電腦、移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)上，并計(jì)劃推廣到家電和通訊器材等領(lǐng)域[4]。國(guó)內(nèi)對(duì)鎂合金的發(fā)展也日益重視，10多年來(lái)，中國(guó)鎂工業(yè)以年均37％的增長(zhǎng)率迅速發(fā)展，成為世界鎂生產(chǎn)大國(guó)、出口大國(guó)，也給中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)無(wú)限生機(jī)。但是，快速發(fā)展的同時(shí)，帶來(lái)一些問(wèn)題：如工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)裝備落后，環(huán)境惡劣，資源、能源浪費(fèi)比較嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定等。這些問(wèn)題必將給鎂業(yè)良性發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重后果。因此，急需以新技術(shù)和先進(jìn)裝備改造和提升鎂冶煉；以科學(xué)發(fā)展觀，全面創(chuàng)新，提升皮江法鎂冶煉產(chǎn)業(yè)水平，建立科技型、環(huán)保型、效益型的機(jī)械化、自動(dòng)化的“新型鎂冶煉示范企業(yè)”。生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鎂合金，以帶動(dòng)和影響鎂冶煉行業(yè)健康有序地發(fā)展。在鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略上做到完善宏觀戰(zhàn)略決策體系，建立鎂及鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)選擇與動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制；建立經(jīng)濟(jì)、科技部門信息共享機(jī)制，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)政策和投資機(jī)制之間的協(xié)調(diào)；實(shí)施知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略，加速國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定與推廣，加速標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化；加強(qiáng)“官產(chǎn)學(xué)研”協(xié)調(diào)合作，充分發(fā)揮人的創(chuàng)造力，培養(yǎng)多層次高素質(zhì)創(chuàng)新人才；重視國(guó)際合作，加強(qiáng)自主創(chuàng)新，突出區(qū)域比較優(yōu)勢(shì)，培育高新技術(shù)型產(chǎn)業(yè)集群和增長(zhǎng)級(jí)。 鎂合金的性能及應(yīng)用鎂合金引起人們的關(guān)注是在2002年。鎂合金現(xiàn)階段的應(yīng)用前景,是做為工業(yè)品外殼取代塑料。和塑料相比,鎂合金更輕,強(qiáng)度更高,抗振動(dòng),能吸收電磁輻射,80%以上的鎂合金還可再回收利用,對(duì)環(huán)境污染小,故鎂合金被稱為“綠色金屬”,廣泛應(yīng)用于航空航天、軍用品,交通工具、機(jī)械設(shè)備、通信設(shè)備、辦公設(shè)備、光學(xué)設(shè)備、體育用品等10多個(gè)領(lǐng)域,是21世紀(jì)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)[5]。 鎂合金在汽車上的應(yīng)用：鎂合金壓鑄件具有重量輕、延伸率高,減震性能強(qiáng)、屏蔽性能好、易加工、易回報(bào)等諸多優(yōu)良特性,以及良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,目前已被發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛用于汽車儀表板、座椅支架、變速箱殼體、方向操縱系統(tǒng)部件、發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋、車門、框架、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等零部件上。鎂合金零件的性能:① 質(zhì)量輕,是鋁的2/3,鋼的1/4,換用鎂合金可減輕整車重量,間接減少了燃油消耗量。② 比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼,比剛度接近鋁合金和鋼,能夠承受一定的負(fù)荷。③ 具有良好的鑄造性和尺寸穩(wěn)定性,易于加工,廢品率低,降低生產(chǎn)成本。④ 具有良好的阻尼系數(shù),減振量大于鋁合金和鑄鐵,其殼體可降低噪聲制作座椅、輪圈可減少振動(dòng),提高汽車的安全性和舒適性。雖然鎂合金成本高于鋁合金,但鎂合金的應(yīng)用前景仍然看好,福特汽車公司已開(kāi)始用鎂合金制造懸架零件、制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗等[6]。 鎂合金在3C產(chǎn)品上的應(yīng)用：3C產(chǎn)品是當(dāng)今全球發(fā)展最快速的產(chǎn)業(yè),與傳統(tǒng)3C產(chǎn)品所使用的材料相比,鎂合金優(yōu)越性表現(xiàn)在:① 輕量化:比重為鋁合金的2/3,鋅合金的1/4,為塑料的115倍。其比重是所有結(jié)構(gòu)用合金中最輕的,因此極適于做3C產(chǎn)品外殼。② 剛性較高:比剛性與鋁合金、鋅合金相近,但為一般塑料的10倍,在強(qiáng)度上優(yōu)于塑料材料。③ 振動(dòng)吸收性良好:比阻尼容量為鋁合金的10～25倍,鋅合金之115倍,吸震能力優(yōu)異,用在可攜式設(shè)備上有助于減少外界震動(dòng)源對(duì)內(nèi)部精密電子、光學(xué)組件的干擾。④ 電磁波絕緣性佳:其本身為金屬,屬良導(dǎo)體,可以直接扮演電磁遮蔽的角色,而塑料材料需要另做導(dǎo)電處理[7]。⑤ 散熱性良好:熱傳導(dǎo)度略低于鋁合金及銅合金,但遠(yuǎn)高于鈦合金,比熱則與水接近,是常用合金中的最高者。考慮到筆記本電腦等產(chǎn)品的散熱需求,鎂合金外殼傳熱快,自身又不容易發(fā)燙,無(wú)疑是極佳的選擇。⑥ 耐蝕性佳:耐腐蝕(鹽腐蝕試驗(yàn)上)為碳鋼的8倍、鋁合金的4倍、塑料材料的10倍以上,防腐能力優(yōu)良。⑦ 質(zhì)感極佳:鎂合金產(chǎn)品的外觀及觸摸質(zhì)感佳。⑧ 可回收使用:在環(huán)保意識(shí)高漲的大環(huán)境下,只需要花費(fèi)相當(dāng)于新料價(jià)格的4%,即可將鎂合金制品及廢料回收使用。由于鎂合金成型的優(yōu)良率與產(chǎn)品品質(zhì),鎂合金的板片制造、成型加工與表面處理將成為主流技術(shù)。各大筆記本電腦廠商都將大量采用鎂合金機(jī)殼,以取代碳纖維機(jī)殼和鋁合金機(jī)殼。鎂合金還可以有效地保護(hù)手機(jī)屏幕,手機(jī)廠商已經(jīng)自發(fā)形成了對(duì)鎂合金的需求[8]。 鎂合金的種類及發(fā)展趨勢(shì) 鎂合金的種類鎂合金按照其用途與制造方式的不同可分為圖11所述種類：圖1—1鎂合金的分類 鎂合金的發(fā)展趨勢(shì)（1） 高強(qiáng)度鎂合金日本東北大學(xué)金屬材料研究所開(kāi)發(fā)出具有高強(qiáng)度、高延展性、耐熱、質(zhì)輕的鎂