【正文】 機屏幕,手機廠商已經(jīng)自發(fā)形成了對鎂合金的需求[8]。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。MgAlSi(AS)系合金是德國大眾汽車公司開發(fā)的壓鑄鎂合金[9]。（3）阻燃鎂合金鎂合金在熔煉澆鑄過程中易發(fā)生劇烈的氧化燃燒,有效的阻燃方法是使用熔劑保護法和SFSOCOAr等氣體,但同時會產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染,并降低合金性能,增大設備投資。阻燃性鎂合金將引燃溫度比普通情況下提高了200～300℃,通過增強其著火燃料性,提高了安全性。（4） 耐蝕鎂合金鎂合金的耐蝕性問題可通過兩個方面來解決:① 嚴格限制鎂合金中的Fe、Cu、Ni等雜質(zhì)元素的含量。如經(jīng)化學鍍的鎂合金,其耐蝕性可超過不銹鋼。采用快速凝固(RS)+粉末冶金(PM)+熱擠壓工藝開發(fā)的MgAlZn系EA55RS變形鎂合金,成為迄今報道的性能最佳的鎂合金,性能不僅大大超過常規(guī)鎂合金,比強度甚至超過7075鋁合金,且具有超塑性(300℃,436%),腐蝕速率與2024T6鋁合金相當,還可同時加入SiCp等增強相,成為先進鎂合金材料的典范。 合金元素對鎂合金組織和力學性能的影響 鎂合金主要化學成分目前國外在工業(yè)中應用較廣泛的鎂合金是壓鑄鎂合金，主要有以下4個系列：AZ系列MgAlZn；AM系列MgAlMn；AS系列MgAlSi和AE系列MgAlRE。鎂合金熱處理采用與鋁合金同樣的系統(tǒng)標示[12]。但是，Mg17Al12在晶界上析出會降低抗蠕變性能。但是，應力腐蝕敏感性隨鋁含量的增加而增加。原則上鋅含量一般控制在2％以下。錳略微提高合金的熔點，在含鋁的鎂合金中可形成MgFeMn化合物，可提高鎂合金的耐熱性。稀土元素可顯著提高鎂合金的耐熱性，細化晶粒，減少顯微疏松和熱裂傾向，改善鑄造性能和焊接性能，一般無應力腐蝕傾向，其耐蝕性不亞于其它鎂合金。MgAlZn合金組織成分常常出現(xiàn)晶內(nèi)偏析現(xiàn)象，先結(jié)晶部分含Al量較多，后結(jié)晶部分含Mg量較多。研究表明，隨AZ91D壓鑄件厚度的增加，鑄件的抗拉強度及蠕變抗力下降。 固溶與時效處理固溶熱處理：指將合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。比如LY11和LY12，40度以下自然時效可以得到高的強度和耐蝕性，對于150℃以上工作的LY12和125250℃工作的LY6鉚釘用合金則需要人時效。 稀土鎂合金 稀土鎂合金的發(fā)展現(xiàn)狀（1）稀土耐熱鎂合金目前世界各國含稀土鑄造鎂合金已占牌號總數(shù)的50%以上,%～3%。（2） 稀土阻燃鎂合金最近有研究人員在鎂合金中通過添加稀土La、Ce和混合稀土來提高起燃溫度進行了研究?！兑谩防顏唶热酸槍g2Zn2Zr 系合金加入稀土Y做了大量工作,得出在Mg2Zn2Zr系合金中添加w(Y)=%,可使合金抗拉強度有較大提高,并認為Y可在合金中起變質(zhì)作用,改善合金的金相組織,同時在擠壓工藝條件下,能在合金內(nèi)產(chǎn)生大量彌散細小的Y2Zn和Mg2Y相,彌散強化合金,同時產(chǎn)生亞晶組織。清華大學鄭偉超等人針對AZ91合金試驗后,%的混合稀土可降低AZ91D合金Cl元素含量至106級,添加稀土能將Cl元素限制在較低水平,從而提高鎂合金的抗腐蝕作用[19]。中航與有色金屬總公司聯(lián)合研制的稀土高強鎂合金B(yǎng)M25已代替部分中強鋁合金,在殲擊機上獲得應用。在石油化工中，由于鎂對燃料、礦物油和堿等具有很高的化學穩(wěn)定性，故所開發(fā)的阻燃耐蝕稀土鎂合金可用來制造、保存和運送這類液體的導管、箱體和貯罐由于稀土鎂合金具有較好的生物相容性和無毒性，故有望用作為人工骨接材料，代替現(xiàn)有金屬夾具，從而減少病人第二次取出夾具的手術(shù)，這又將開辟一個新的應用天地。在變形鎂稀土合金方面的研究還很不足，稀土合金化作用的研究在國際上還不成熟,其作用機制也還存在爭論，輕稀土與重稀土元素產(chǎn)生交互作用、稀土與雜質(zhì)元素的交互作用，抑制元素的偏析、凈化與變質(zhì)作用,以及GP區(qū)的形成，沉淀硬化和析出強化等都有待進一步深入研究。 本論文的主要研究內(nèi)容本論文考察共榮處理對MgAlZn系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鎂合金的現(xiàn)為組織和耐腐蝕性能的影響規(guī)律。首先采用電動切割機切割，再用手鋸切割，之后用砂輪機打磨而成。保存，準備觀察。所以我們選用的是較低溫度下進行的實驗，本實驗所用試樣為20mm10mm10mm規(guī)格的鎂合金。（3）將一塊未作處理的AZ91D鎂合金試樣做X—RAY衍射實驗，分析其組成。 實驗過程 固溶處理實驗的過程（1）切割。（3）加熱。 金相實驗的過程（1）打磨。砂紙編號應選擇280、400、600、1000；保證每道砂紙經(jīng)過相互垂直的磨削方向。試樣使用大量無水乙醇清洗干凈并且在腐蝕前保存在無水乙醇中，拋光后的試樣應盡可能光亮，且腐蝕后光學顯微鏡下觀察無劃痕。將腐蝕好的試樣放在金相顯微鏡下觀察，選擇無缺陷、有代表性且特征明顯的組織照相并保存。在打孔機上鉆一個孔，并在孔上捆一根銅線。首先，%的NaCl溶液。最后，利用電化學測試系統(tǒng)軟件。3℃ 控溫精度：≤177。④可制成多點控溫,溫度梯度按需要設定。觀察方法：明視場/暗視場/微分干涉/簡易偏振光。重量:28kg.圖22 NiKonEPIPHOT300金相顯微鏡（3）極化曲線實驗設備：如圖23 LK9805電化學分析儀圖22 LK9805電化學分析儀第三章 固溶處理對MgAlZn系鎂合金顯微組織的影響 AZ91及AZ91RE合金的顯微組織特征分析通過XRD對AZ91RE分析，如圖31所示，我們可以確定AZ91D鎂合金主要由αMg基體和β（Mg17Al12）相組成。由此可以推斷，加入一定量Ce，La后，合金的組織由αMg基體，β（Mg17Al12）相和少量的Al4Ce相組成。鑄態(tài)AZ91RE鎂合金主要由αMg、離異β（Mg17Al12）相和共晶組織(αMg+βMg17Al12)組成[22],其中β相對AZ91RE鎂合金的性能影響已得到廣泛的研究[23],但人們對共晶組織中的共晶α相認識非常有限,甚至經(jīng)常將共晶α相和先析α相混為一談。還有研究[2627]表明,AZ91DRE鎂合金經(jīng)固溶處理后有4種不同形態(tài)和位相關(guān)系的β相析出。（a）（b） 圖 3—2 未經(jīng)處理的AZ91D及AZ91D+%(Ce,La)鎂合金的顯微組織（a）AZ91D；（b）AZ91D+%(Ce,La)圖 3—3 Mg—Al合金二元相圖綜上，未經(jīng)固溶處理的AZ91D及AZ91DRE鎂合金顯微組織主要由αMg基體，和分布在晶界處的β（Mg17Al12）相，還有AlMn相組成，β相呈不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這是因為雖然我們的固溶溫度都沒有超過鎂合金的熔點，但是根據(jù)鎂鋁合金二元相圖（33）我們可以發(fā)現(xiàn)，這些實驗溫度已經(jīng)進入了固液兩相區(qū)，β（Mg17Al12）相的存在溫度只有473℃，如果在這個溫度下保溫，一個明顯的特點就是晶界相的熔化，溫度越高時間越長越明顯。4002h4402h5602h4804h5604hAZ91RE圖 35 AZ91RE 鎂合金固溶處理前后顯微組織觀察AZ91DRE鎂合金固溶處理前后的顯微組織，如圖35，在未經(jīng)固溶處理時，鎂合金αMg基體與β（Mg17Al12）相相間排列，β（Mg17Al12）相分布不均勻，晶界不明顯，β（Mg17Al12）相基本單獨存在，AlMn相比較多。實驗表明，析出物成分為Mg與Al、Zn、Ce等的化合物。在41(a)中晶粒比較大，而隨著溫度的升高，晶粒先是長大，然后β（Mg17Al12）相逐漸溶解，并出現(xiàn)斷網(wǎng)現(xiàn)象，在41(c)、41(d)中能觀察到明顯現(xiàn)象。析出的AlMn相逐漸減少。(d)圖 42 AZ91D鎂合金不同溫度處理4小時的顯微組織（a）530℃；（b）540℃；（c）550℃；（d）560℃；（a）））（b）（c）（d）圖 43 AZ91D鎂合金不同溫度處理8小時的顯微組織(a)530℃；(b)540℃；(c)550℃；(d)560℃；觀察AZ91D鎂合金在不同溫度下處理8小時的顯微組織，如圖43，我們發(fā)現(xiàn)β（Mg17Al12）相溶解非常明顯，晶界的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)基本消失，在41(a)中還依稀可見網(wǎng)狀晶粒，但是隨溫度升高，β（Mg17Al12）相逐漸?；?，溶解并消失。觀察AZ91RE鎂合金在不同溫度下處理2小時的顯微組織，如圖44，我們發(fā)現(xiàn)在2小時條件下，AZ91DRE鎂合金中的β（Mg17Al12）相基本完好，在44(a)中可見晶粒較大，晶界完整，但AlMn相析出較多，在310b中我們可以發(fā)現(xiàn)在αMg基體中出現(xiàn)粒化的β（Mg17Al12）相，晶粒較大。再來觀察560℃兩小時的顯微組織我們發(fā)現(xiàn)晶界β（Mg17Al12）相析出量增多，αMg基體中的AlMn相減少。表41 圖45中的EDS點分析結(jié)果元素重量%原子%凈強度凈強度誤差MgK0AlKZnK觀察AZ91DRE鎂合金在不同溫度下處理4小時的顯微組織，如圖46，我們發(fā)現(xiàn)在圖（a）中β（Mg17Al12）相呈現(xiàn)不規(guī)則形狀分布在基體中，非網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因為溫度較低β（Mg17Al12）相還未完全溶解，但是經(jīng)過處理呈現(xiàn)圓潤形狀。在圖（b）中我們可以發(fā)現(xiàn)，β（Mg17Al12）相逐漸溶解，網(wǎng)狀晶界逐漸溶解，出現(xiàn)斷網(wǎng)現(xiàn)象。（a）（b）（c）。（a）（b）（c）53 AZ91D鎂合金550℃處理不同時間的顯微組織（a）2小時；（b）4小時；（c）8小時；觀察AZ91D鎂合金經(jīng)過550℃處理不同時間的組織，如圖53所示，從圖（a）中可以看出晶粒較大，晶界相清晰明顯，部分AlMn相在αMg基體中部分析出。在拋光時也應注意拋光的手法，盡量避免鎂合金組織唄AlMn相粒子刮傷。β（Mg17Al12）相與AlMn相基本完全溶解在αMg基體中。基體中的β（Mg17Al12）相隨處理時間的增加，先是形成清晰的晶界，如果溫度較高，β（Mg17Al12）相隨時間增多，在αMg基體中溶解的量增多。Al的有利影響源于其具有較強烈的鈍化趨勢,所形成的鈍化膜在很大范圍內(nèi)都能保持穩(wěn)定,因此Al使得鎂合金在許多情況下都具有較強的抗腐蝕能力。拓展提高鎂合金耐腐蝕性能的途徑。從圖中可以看出，合金的極化曲線均遵從塔菲爾（Tafel）規(guī)律。 但從水冷條件觀察，我們發(fā)現(xiàn)隨處理時間及溫度的升高，AZ91DRE鎂合金腐蝕電位不斷下降，耐腐蝕能力下降，對應第三章的結(jié)論，隨著固溶處理時間及溫度的升高，晶粒長大明顯，所以其耐腐蝕能力不斷下降。 結(jié)論通過對固溶處理前后的AZ91DRE系鎂合金腐蝕電位的對比分析，發(fā)現(xiàn)固溶處理后AZ91RE系鎂合金腐蝕電位下降，耐腐蝕能力下降，因為，固溶處理后晶粒明顯增大，耐腐蝕能力下降。第七章 結(jié)論1. 經(jīng)過固溶處理AZ91D及AZ91DRE鎂合金均出現(xiàn)如下現(xiàn)象：AlMn相的溶解率上升，晶粒長大，晶界相β（Mg17Al12）的溶解情況明顯。4. 固溶處理后AZ91DRE系鎂合金腐蝕電位下降，耐腐蝕能力下降。KH．非鐵合金的結(jié)構(gòu)與性能[M]．丁道云譯．北京：科學出版社，1999：215．255．[18]北京有色金屬鑄造廠編．中外有色金屬及合金鑄件標準[S]．北京：機械工業(yè)出版社，1980：214．[19]魯立奇,(1分冊)，中國稀土學會，1900；164198.[20](3).北京:中國標準出版社,1989；395524.[21]陳剛,[J].輕合金加工技術(shù),2003,6(31):40.[22]Zhang Q Q, Cao Z Y, Zhang Y F, et al. 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