【正文】 摘 要論述了MgAlZn系合金經(jīng)過固溶處理后組織和耐腐蝕性能的變化。通過觀察經(jīng)固溶處理后的組織及塔菲爾曲線，對MgAlZn系合金固溶處理后的組織和電化學(xué)腐蝕行為進行了研究。結(jié)果表明，經(jīng)過固溶處理后的鎂合金顯微組織晶粒長大明顯，β（Mg17Al12）相部分溶解在基體組織中，在溫度達到560度以上時，組織發(fā)生過燒現(xiàn)象。與未經(jīng)處理鎂合金的耐腐蝕性能相比，經(jīng)過固溶處理后的鎂合金耐腐蝕性能無明顯增加。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 7 鎂合金的種類 7 鎂合金的發(fā)展趨勢 8 合金元素對鎂合金組織和力學(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 稀土鎂合金的開發(fā)應(yīng)用及前景 15 本論文的主要研究內(nèi)容 16第二章 試驗方法及設(shè)備 17 實驗選用材料 17 固溶處理實驗所使用的材料 17 金相實驗選用的材料 17 耐腐蝕實驗所使用的材料 17 X射線衍射實驗所使用的材料 17 實驗方案 17 實驗過程 19 固溶處理實驗的過程 19 金相實驗的過程 19 19 實驗設(shè)備 20第三章 固溶處理對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MgAlZn系鎂合金顯微組織的影響 27 不同溫度對MgAlZn系合金顯微組織的影響 27 本章總結(jié) 31第五章 固溶時間對MgAlZn系鎂合金顯微組織的影響 32 不同時間對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MgAlZn系鎂合金耐腐蝕性能的影響 35 固溶處理后冷卻速度對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 41致謝 44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90年代以來，全球掀起了鎂合金開發(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)揮越來越令人矚目的作用，并且隨著鎂壓鑄循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)和鎂冶金新技術(shù)的進步，鎂合金壓鑄件生產(chǎn)的利潤空間將打開，鎂會在追求輕量化和性價比的結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。鎂合金正成為繼鋼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料，被譽為“21世紀綠色工程材料”，世界鎂產(chǎn)業(yè)以每年15%25%的幅度增長，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，研究開發(fā)具有高強度、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。我國有豐富的稀土和鎂資源,是稀土和鎂資源儲備、生產(chǎn)、出口的第一大國。因此,研究開發(fā)稀土鎂合金在我國具有獨特優(yōu)勢,合理利用稀土資源,開發(fā)含稀土的高強、耐蝕性能鎂合金,不但能進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,也可促進鎂合金材料在新領(lǐng)域中的進一步開發(fā)和利用,也為稀土材料的應(yīng)用開辟出十分廣闊的領(lǐng)域。但我國在稀土新材料的開發(fā)應(yīng)用方面與日本、美國等發(fā)達國家相比還有相當(dāng)大差距。目前稀土元素仍是作為輔助元素,其加入的質(zhì)量分數(shù)不大于11%。進一步開發(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)之間的合金化機制,從而研制出最佳合金配比的特殊性能鎂合金。近年來,稀土合金的研究有了很大發(fā)展,世界各國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)用市場也將更廣闊[1]。本論文考察固溶處理對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間和固溶處理溫度對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年在實驗室制得純鎂，1886年鎂合金在德國開始工業(yè)化生產(chǎn)，1935年蘇聯(lián)首次將鎂合金用于飛機生產(chǎn)，1936年德國大眾用壓鑄鎂合金生產(chǎn)甲克蟲汽車發(fā)動機傳動系統(tǒng)零部件，1946年達到單車鎂合金用量18Kg，1938年英國伯明翰首次將鎂合金運用到摩托車變速箱殼。20世紀40年代皮江煉鎂法發(fā)明，由于工藝簡單，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]。國外對于鎂合金的發(fā)展非常重視，各國紛紛加大鎂合金制品的研發(fā)力度，尤其是20世紀90年代以來，相繼出臺了鎂研究計劃，開展了大型的產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合攻關(guān)項目和計劃。德國政府制訂了一個投資2500萬德國馬克的鎂合金研究開發(fā)計劃，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，美國也提出了PNGV（新一代交通工具）的合作計劃[3]，其目標是生產(chǎn)出消費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、移動電話、數(shù)碼相機、攝像機上，并計劃推廣到家電和通訊器材等領(lǐng)域[4]。國內(nèi)對鎂合金的發(fā)展也日益重視，10多年來，中國鎂工業(yè)以年均37％的增長率迅速發(fā)展，成為世界鎂生產(chǎn)大國、出口大國，也給中國經(jīng)濟發(fā)展帶來無限生機。但是，快速發(fā)展的同時，帶來一些問題：如工藝簡單，技術(shù)裝備落后，環(huán)境惡劣，資源、能源浪費比較嚴重，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定等。這些問題必將給鎂業(yè)良性發(fā)展帶來嚴重后果。因此，急需以新技術(shù)和先進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、效益型的機械化、自動化的“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)展的目標選擇與動態(tài)調(diào)整機制；建立經(jīng)濟、科技部門信息共享機制，加強產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)政策和投資機制之間的協(xié)調(diào)；實施知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略，加速國家標準的制定與推廣，加速標準國際化；加強“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；重視國際合作，加強自主創(chuàng)新，突出區(qū)域比較優(yōu)勢，培育高新技術(shù)型產(chǎn)業(yè)集群和增長級。 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,強度更高,抗振動,能吸收電磁輻射,80%以上的鎂合金還可再回收利用,對環(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多個領(lǐng)域,是21世紀的朝陽產(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、屏蔽性能好、易加工、易回報等諸多優(yōu)良特性,以及良好的社會效益和經(jīng)濟效益,目前已被發(fā)達國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)動機罩蓋、車門、框架、發(fā)動機缸體等零部件上。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,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,福特汽車公司已開始用鎂合金制造懸架零件、制動盤和制動鉗等[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,在強度上優(yōu)于塑料材料。③ 振動吸收性良好: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源對內(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,無疑是極佳的選擇。⑥ 耐蝕性佳:耐腐蝕(鹽腐蝕試驗上)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)保意識高漲的大環(huán)境下,只需要花費相當(dāng)于新料價格的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殼,以取代碳纖維機殼和鋁合金機殼。鎂合金還可以有效地保護手機屏幕,手機廠商已經(jīng)自發(fā)形成了對鎂合金的需求[8]。 鎂合金的種類及發(fā)展趨勢 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（1） 高強度鎂合金日本東北大學(xué)金屬材料研究所開發(fā)出具有高強度、高延展性、耐熱、質(zhì)輕的鎂合金,是在急速冷卻條件下將鎂、鋅和釔的金屬粉末按一定比例混合,用高壓擠壓而成,其中鎂、鋅、釔原子數(shù)比例為97∶1∶2。這一構(gòu)成使新的鎂合金既具有高強度又富有延展性,在橫截面積為1mm2的新型鎂合金絲上掛60kg的重物不會變形,強度至少是以往鎂合金的215倍,為目前強度最高的鎂合金,其耐熱強度是目前鎂合金的2倍以上；且極易加工。另外,經(jīng)過精煉加工后,還可將鎂從該合金中再單獨分離出來,非常利于循環(huán)利用。這種鎂合金完滿解決了以往鎂合金的高強度和延展性不可兼顧之問題,預(yù)計除廣泛用于家電產(chǎn)品外,還將在機器人、人造衛(wèi)星等要求材料既輕又結(jié)實的領(lǐng)域發(fā)揮巨大威力。（2） 耐熱鎂合金耐熱性差是妨礙鎂合金廣泛應(yīng)用的主要原因之一,當(dāng)溫度升高時,其強度和抗蠕變性能大幅度下降,限制了其做為關(guān)鍵零件(如