镁合金熔体低温纯化研究

摘要

镁合金所具备的低密度等一系列优点使其在工业中的应用越来越广，但是本身性质的活泼引起比较差的耐蚀性，同时因其绝对强度低等缺点，应用受到了一定的限制。杂质元素 Fe、Ni、Cu、Co的存在，尤其是杂质 Fe，由于和合金基体之间较大的电势差，导致严重的电偶腐蚀，恶化镁合金的耐蚀性能。因此，提高镁合金的纯度，降低杂质元素的含量，改善镁合金的耐蚀性，对镁合金材料的应用价值具有重要的意义。
　　本文在已有的镁合金纯化基础上，通过热力学相图的计算，以纯镁、AZ和AM系镁合金作为主要的研究对象，进行无溶剂低温处理，使杂质元素Fe自然析出，以单质或中间化合物的形式沉降到熔体底部，从而达到除Fe的目的，提高了镁合金的纯度，并得到不同纯度的镁合金样品。为了更清晰的知道纯化后合金组织、性能的变化，采用金相显微镜、XRD衍射、SEM及EDS等手段，对不同杂质含量和热处理状态的AZ61及AZ91镁合金显微组织进行了对比，通过电化学、失重和析氢腐蚀等实验手段，研究了这些微量杂质元素含量变化对镁合金耐蚀性能的影响。本课题研究的结果如下：
　　①低温处理对 AZ/AM系镁合金具有良好的纯化效果，最佳的处理温度区间为630℃-650℃，在经过足够的静置时间后，AZ61合金中的杂质Fe含量最低降至10ppm，AZ91合金纯化后Fe降至35ppm，AM60和AM50中Fe含量最低分别达到了15ppm和18ppm。温度梯度处理后，纯镁中的杂质Fe含量降低到了24ppm。保温时间对镁合金中的杂质含量变化影响比较明显，在本实验中，保温时间超过45min后，合金熔体中的杂质含量不会继续降低，熔体达到稳定状态。
　　②杂质Fe在镁合金中以Fe-Al-Mn颗粒形式存在，在纯化后铸锭的底部观察到的杂质颗粒尺寸在1-10μm之间，并偏向于聚集成球状颗粒，部分杂质随第二相的生成而伴随而生。
　　③ Fe在镁合金中与 Al、Mn结合生成的化合物颗粒在熔体中的沉降速率为：(此处公式省略)，在熔体中的沉降距离为：(此处公式省略)，从本实验的理论计算可得出，在相同静置温度下，杂质颗粒的运动过程主要受杂质颗粒尺寸的影响，在一定的温度区间内，温度对颗粒沉降过程并无太大的影响，只要在相对的低温下静置足够长的时间，即可有效地纯化镁合金熔体。
　　④镁合金的微观组织受杂质含量变化影响不明显，经过低温处理后，杂质Fe含量明显降低，AZ/AM镁合金相应的腐蚀速率都显著降低，耐蚀性能大大提高。镁合金腐蚀速率也随着Fe/Mn比例减小而降低。Fe含量降低后，杂质颗粒与基体之间的微电池效应得到减弱，镁合金电偶腐蚀速率大大降低。镁合金不同状态腐蚀速率大小为铸态＞时效态＞固溶态，这是由于不同热处理态下合金中的第二相数量及大小变化造成的。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 镁及镁合金的腐蚀

1.3 镁合金中的杂质及影响

1.4 镁合金纯净化研究现状

1.5 本课题研究目的及内容

2 实验材料和实验方法

2.1 实验原材料的制备

2.2 热处理实验

2.3 热挤压实验

2.4 实验方法及设备

3 镁合金熔体纯化工艺研究

3.1 引言

3.2 镁合金低温静置纯化效果

3.3 镁合金纯化前后物相分析

3.4 纯化前后杂质变化宏观分析

3.5 分析与讨论

3.6本章小结

4 纯度对镁合金组织和腐蚀性能的影响

4.1 前言

4.2 杂质对挤压AZ61镁合金组织及性能影响

4.3 杂质含量变化对AZ91及AM60/50组织、性能的影响

4.4 分析与讨论

4.5 本章小结

5 结 论

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果