【正文】 稀土類元素以及鋅等成分,鈣和稀土類元素提高了材料的耐熱性,鋅增加了其柔軟性。MgAlSi(AS)系合金是德國大眾汽車公司開發(fā)的壓鑄鎂合金[9]。但AS系鎂合金由于在凝固過程中會形成粗大的漢字狀Mg2Si相,損害了鑄造性能和機械性能。（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(yán)重的環(huán)境污染,并降低合金性能,增大設(shè)備投資。與市售FRP(強化塑料)產(chǎn)品相比,重量大約可減輕25%。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。原因是大尺寸、特性良好的擠壓材料和壓延材料制造技術(shù)本身尚未完成,以及鎂合金延展性差,很難利用塑性加工直接將其做成大尺寸的復(fù)雜形狀。（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(yán)格限制鎂合金中的Fe、Cu、Ni等雜質(zhì)元素的含量。② 對鎂合金進行表面處理。如經(jīng)化學(xué)鍍的鎂合金,其耐蝕性可超過不銹鋼。因此,開發(fā)變形合金,是其未來更長遠的發(fā)展趨勢。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(dāng),還可同時加入SiCp等增強相,成為先進鎂合金材料的典范。英國開發(fā)出MgAlB擠壓鎂合金,用于核反應(yīng)堆燃料罐。 合金元素對鎂合金組織和力學(xué)性能的影響 鎂合金主要化學(xué)成分目前國外在工業(yè)中應(yīng)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。變形鎂合金有MgMn、MgAlZn和MgZnZr。鎂合金熱處理采用與鋁合金同樣的系統(tǒng)標(biāo)示[12]。 合金元素對合金組織和力學(xué)性能的影響合金元素對鎂合金的組織和性能有著重要影響，鎂合金的主要合金元素有Al、Zn和Mn等，有害元素有Fe、Ni和Cu等[13]（見圖12）圖 12 合金元素對鎂合金的組織和性能的影響(1) 鋁在固態(tài)鎂中具有較大的固溶度，％，而且隨溫度的降低顯著減少，％左右。但是，Mg17Al12在晶界上析出會降低抗蠕變性能。在鑄造鎂合金中鋁含量可達到7％～9％，而在變形鎂合金中鋁含量一般控制在3％～5％。但是，應(yīng)力腐蝕敏感性隨鋁含量的增加而增加。鋅可以提高鑄件的抗蠕變性能。原則上鋅含量一般控制在2％以下。表 33 合金元素對鎂合金性能的影響元素熔煉及鑄造性質(zhì)力學(xué)性能腐蝕性能Ag在同時加入稀土?xí)r改善高溫抗拉和蠕變性能對腐蝕不利Al改善鑄造新年更，有形成顯微疏松的傾向提高強度，低溫下（＜120℃）沉淀硬化，對蠕變性能不利提高耐腐蝕行，增加應(yīng)力腐蝕敏感性Be在很低濃度時，可明顯降低熔體表面的氧化，導(dǎo)致晶粒粗大Ca有效地晶粒細化作用，可抑制熔融金屬的氧化改善蠕變性能對腐蝕不利Cu易形成金屬玻璃的合金系，改善組造型能對腐蝕不利，必須限制Fe鎂與低碳鋼幾乎不反應(yīng)對腐蝕不利，必須限制Li增大蒸發(fā)及燃燒危險，只能在有保護的及密封的爐中熔煉降低密度，增加延性降低耐腐蝕行，鎂鋁鋅合金在空氣中也產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕Mn以沉淀FeMnAl化合物來控制鐵含量，細化沉淀產(chǎn)物提高韌性，增大蠕變抗力由于控制鐵的作用而提高耐腐蝕性，過量的錳則增加腐蝕速度Ni易形成非晶態(tài)的合金系對腐蝕不利，必須限制RE改善鑄造性能，減少顯微縮松，細化晶粒在室溫下和高溫下古榕強化和沉淀硬化，改善高溫抗拉及蠕變性能提高耐蝕性，提高應(yīng)力腐蝕敏感性Si降低鑄造性能，與許多其他合金元素形成穩(wěn)定的硅化物，與鋁、鋅及銀相容，弱的晶粒細化劑改善蠕變性能有害Th抑制顯微縮松改善高溫抗拉及蠕變性能，改善延性最有效Y晶粒細化作用改善高溫抗拉及蠕變性能改善腐蝕行為Zn增加溶體流動性，弱的晶粒細化劑，有形成顯微縮松和熱裂的傾向沉淀硬化，改善室溫強度，如不加入Zr則有脆化及熱脆傾向較小影響，增加應(yīng)力腐蝕敏感性Zr最有效的晶粒細化劑，與硅鋁錳不相容，從熔體中清除鐵鋁硅改善室溫下抗拉強度提高耐蝕性，降低應(yīng)力腐蝕敏感性(3) 錳 ％。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。(7) 稀土元素 常用的稀土元素(RE)有Y和混合稀土(MM)，混合稀土包括Ce、Pr、La、Nd等。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(yīng)力腐蝕傾向，其耐蝕性不亞于其它鎂合金。合金元素對鎂合金性能的影響見表33。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。另外，由于冷卻速度的差異，導(dǎo)致壓鑄組織表層組織致密、晶粒細小；而心部組織晶粒比較粗大。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。主要是改善鋼和合金的塑性和韌性，為沉淀硬化處理作好準(zhǔn)備等。 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。高溫下工作的鋁合金適宜用人工時效，室溫下工作的鋁合金有些采用自然時效，有些必須人工時效。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。對于一般鎂合金，自然時效時，屈服強度稍低而耐蝕性較好，采用人工時效時，合金屈服強度較高而伸長率和耐蝕性都降低。 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%。大多數(shù)鎂稀土合金形成共晶反應(yīng),并且由于晶間熱穩(wěn)定性高的化合物存在,使Mg2RE合金具有良好的蠕變性能,在200℃～250℃時仍具有良好的抗蠕變性能。（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。國內(nèi)研制開發(fā)的Mg2Be2RE稀土鎂合金,其著火點可提高250℃,且力學(xué)性能與AZ91D相當(dāng),是一種很實用的阻燃鎂合金?！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(rèn)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。還有研究表明,在鎂合金采用熔劑精煉過程中常常引入氯化物,氯化物會污染鎂合金液,破壞合金表面的保護膜,形成微電池效應(yīng)并造成坑蝕,增大合金表面的腐蝕速率,同時加劇吸氣。清華大學(xué)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]。在我國,高性能的稀土鎂合金以前主要應(yīng)用于航空航天、導(dǎo)彈等軍工領(lǐng)域,但隨著社會經(jīng)濟發(fā)展,現(xiàn)在軍工和民用領(lǐng)域均有了較大拓展。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(yīng)用。而稀土鎂合金的應(yīng)用使產(chǎn)品的開發(fā)范圍大大拓寬。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(xué)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(dǎo)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(yīng)用天地。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、耐熱、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。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。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。 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。 固溶處理實驗所使用的材料固溶處理實驗所使用的試樣時無規(guī)定尺寸的長方形試樣。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。 耐腐蝕實驗所使用的材料將做過金相實驗的試樣選擇被腐蝕的面用800、1000號砂紙進行打磨，使其被腐蝕面同樣光滑，標(biāo)記并保存，為下一步做處理做準(zhǔn)備。保存，準(zhǔn)備觀察。由于AZ91鎂合金具有高溫易氧化的特性，其熔點是596℃，實驗所用設(shè)備無法完全隔絕空氣，且鎂合金材料都不是在高溫下工作。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。（2）將AZ91D、AZ91DRE鎂合金進行金相觀察，觀察固溶處理前的試樣，與經(jīng)過不同時間處理的試樣的顯微組織進行比較分析。（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。（5）對實驗數(shù)據(jù)進行歸納，處理。 實驗過程 固溶處理實驗的過程（1）切割。（2）打磨。（3）加熱。（4）收集。 金相實驗的過程（1）打磨。要盡量使觀察面水平。砂紙編號應(yīng)選擇280、400、600、1000；保證每道砂紙經(jīng)過相互垂直的磨削方向。固溶處理后的AZ91DRE使用細的拋光膏在呢子、絨布上拋光。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(yīng)盡可能光亮，且腐蝕后光學(xué)顯微鏡下觀察無劃痕。腐蝕劑選用75mL無水乙醇+25mL蒸餾水+1mL冰醋酸+1mL硝酸，腐蝕120—160秒，待出現(xiàn)亮灰色用酒精清洗，電吹風(fēng)吹干。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。砂紙編號應(yīng)選擇3400﹑800；保證每道砂紙經(jīng)過相互垂直的磨削方向。在打孔機上鉆一個孔，并在孔上捆一根銅線。在試樣上涂上指甲油，留出5mm5mm的位置，后晾干鎂合金試樣。首先，%的NaCl溶液。然后，將極化曲線試樣的銅絲與工作電極連在一起，然后把試樣、輔助電極、參比電極一起放入NaCl溶液中。最后，利用電化學(xué)測試系統(tǒng)軟件。 實驗設(shè)備（1）固溶處理實驗設(shè)備：本實驗所采用的熱處理儀器為管式電阻爐,型號SK2110（如圖2—1）額定功率1KW,額定溫度1000℃,爐膛尺寸Φ40X600,質(zhì)量為35Kg。3℃ 控溫精度：≤177。②室溫升溫至最高使用溫度≤60min。④可制成多點控溫,溫度梯度按需要設(shè)定。圖21 試驗用加熱設(shè)備管式電阻爐圖片（2）金相實驗設(shè)備：NiKonEPIPHOT300金相顯微鏡（如圖22 1XB光學(xué)顯微鏡。觀察方法：明視場/暗視場/微分干涉/簡易偏振光。微調(diào)靈密度: 10X；UIS物鏡5X,10X,20X,50X,100X；放大倍數(shù)501000。重量:28kg.圖22 NiKonEPIPHOT300金相顯微鏡（3）極化曲線實驗設(shè)備：如圖23 LK9805電化學(xué)分析儀圖22 LK9805電化學(xué)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。能譜分析3311可以看到灰白色的β（Mg17Al12）相分布在晶界上，晶界邊緣分布著(α+β)共晶相，針狀的Al4Ce相分布在晶內(nèi)，晶內(nèi)也存在著少量的針狀相。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。由圖（a）可以看出，未固溶處理的AZ91鎂合金其晶界不清晰，晶界是呈網(wǎng)狀分布的，且是連續(xù)分布。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(rèn)識非常有限,甚至經(jīng)常將共晶α相和先析α相混為一談。據(jù)報道[2425]MgAl系鎂合金中的AlMn金屬間化合物主要有Al6Mn、Al4Mn、AlMn、Al8Mn5四種,形狀主要有針狀、十字狀、花朵狀及顆粒狀,—30μm。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。根據(jù)MgAl合金相圖（圖33所示）可知，此類合金中主要存在αMg和β（Mg17Al12）兩種相。（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+%