自制覆盖剂在熔炼含铈AZ91D镁合金中的使用效果

开发了镁合金用变质处理和防氧化功效合二为一的新型覆盖剂,采用热分析仪、光学显微镜、力学性能试验机、X射线衍射仪等研究了自制NRJ覆盖剂对熔炼含铈AZ91D镁合金铸态显微组织和力学性能的影响,并与传统RJ2覆盖剂进行了对比。结果表明:含铈AZ91D镁合金采用NRJ覆盖剂熔炼后,合金组织中Mg_(17)Al_(12)相得到了细化,晶内出现了Al_4C_3形核质点,促进了基体晶粒细化;合金的抗拉强度、屈服强度及伸长率分别提高了36%,32%和146%,且拉伸断口中韧窝更多、更深;防氧化性能比用传统RJ2覆盖剂的更好。

不同覆盖剂对含铈AZ91D镁合金组织及性能的影响

采用DTA/TG热分析、金相显微镜、力学性能测试、X射线衍射物相分析和EDAX分析技术,研究了传统覆盖熔剂RJ2和自制覆盖熔剂NRJ对含铈AZ91D镁合金的显微组织和力学性能的影响作用。结果表明,含铈AZ91D镁合金采用覆盖熔剂NRJ熔炼后,Mg17Al12相得到改善,晶内出现Al4C3形核质点,促进了晶粒细化,提高了合金的抗拉强度、屈服强度及伸长率,且拉伸断口形貌呈现河流花样,韧窝也更深,综合性能比传统覆盖熔剂RJ2更好。

含铈AZ91D镁合金的显微组织与腐蚀行为

用盐雾试验、扫描电镜能谱仪、X射线衍射仪等,对加入不同Ce含量的含铈AZ91D镁合金的显微组织和盐雾腐蚀性能进行了分析。结果表明:当加入0.69%Ce时,可使合金铸态组织明显细化,且网状β相呈粒状弥散分布于晶界上,同时有大量针状物Al4Ce相出现;而加入0.93%Ce时,合金铸态组织有粗化趋势,且针状物长大成杆状。12 h腐蚀试验结果表明,加入0.26%Ce和0.93%Ce的合金,腐蚀速率先迅速增加而后又明显降低;而加入0.69%Ce的合金,腐蚀速率保持恒定。随着NaCl溶液浓度的增加,AZ91D合金的腐蚀速率增长较快;加入0.26%Ce后,合金腐蚀速率增长缓慢;加入0.69%Ce后,合金的腐蚀速率随浓度增加逐渐降低;加入0.93%Ce的合金在低浓度下的腐蚀速率略有升高,而在高浓度下的腐蚀速率迅速降低。合金的腐蚀形貌均表现为不均匀腐蚀,腐蚀产物主要由Mg(OH)2组成。含稀土合金的腐蚀产物中还有Al4Ce。稀土Ce提高AZ91D镁合金腐蚀性能的原因归结为Ce对组织的细化作用以及对Al元素偏析程度的降低。

熔剂FHRJ对含铈AZ91D镁合金组织和性能的影响

通过对传统熔剂RJ-2和自制熔剂FHRJ对含铈AZ91D镁合金的显微组织和力学性能的研究对比,表明:含铈AZ91D镁合金采用自制熔剂FHRJ熔炼后,Mg17Al12相得到改善,晶内出现Al4C3形核质点,晶粒更细小,合金的抗拉强度、屈服强度及延伸率等力学性能也比传统覆盖熔剂RJ-2更好。

硝酸铈添加剂对AZ91D镁合金微弧氧化膜组织与性能的影响

为了进一步提高AZ91D镁合金表面的耐蚀性与耐磨性,在硅酸盐电解液体系中加入不同浓度的硝酸铈添加剂,利用微弧氧化(MAO)技术在其表面原位生长出陶瓷膜层。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对陶瓷膜层物相组成和表面微观形貌进行了表征,并通过电化学测试与摩擦磨损试验,评估了陶瓷膜层的耐蚀与耐磨性能。结果表明:硝酸铈添加剂的添加对膜层相组成影响较小,随着硝酸铈浓度的增加,膜层表面先出现较大孔径的孔洞,之后孔洞数量逐渐减少,且孔径也缩小。与无添加剂的膜层相比,硝酸铈的添加量为0.4 g/L时,其被磨穿时长从1 min增加到8 min,耐磨性有所改善;腐蚀电位从-1.69 V增加到-1.26 V,腐蚀电流密度从8.56×10^(-6)A·cm^(-2)降到2.49×10^(-7) A·cm^(-2),耐蚀性显著提高。

注射成形增强半固态AZ91D镁合金的组织及性能

为了研究半固态注射成形技术对AZ91D镁合金显微组织、力学性能以及腐蚀行为的影响,通过对半固态注射成形镁合金进行热处理及电化学腐蚀分析,研究了镁合金成形件在注射成形中与热处理后的组织及性能变化。结果表明,相对于压铸镁合金,半固态注射成形镁合金的组织均匀、力学性能优良、晶粒细小且平均晶粒尺寸为20~30μm,能获得质量良好的显微组织。镁合金的热处理对晶界第二相的数量和分布有较大影响,能作用于材料性能。经时效处理后,镁合金硬度从63.47 HV提高到74.05 HV,抗拉强度从125.56 MPa提高到150.91 MPa,抗拉强度提高了20.2%。在质量分数为3.5%的NaCl溶液的电化学腐蚀中,合金的自腐蚀电位为-959.56 mV,经固溶+时效处理后,自腐蚀电位先升高到-927.55 mV后下降至-988.94 mV,耐腐蚀性能先增高后降低。

退火态增材制造AZ91D镁合金在极端条件下的力学行为

本研究使用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备了AZ91D镁合金(SLM-AZ91D),并对其进行去应力退火处理,采用微观组织表征与力学特性测试研究了退火态SLM-AZ91D镁合金在不同温度与应变速率等极端条件下的力学行为。结果表明:退火态SLM-AZ91D试样中主要包含α-Mg基体、β-Mg_(17)Al_(12)等相,不同区域的蜂窝结构存在明显差异,平均晶粒尺寸非常细小,仅为1.82μm,无明显织构;相较于打印态试样,退火态试样的平均显微硬度值提升了约26.7%;退火态试样的压缩流变应力在173~293 K时对温度不敏感,而在373~573 K时则表现出显著的温度软化效应;随着温度的升高,流变应力呈现下降趋势。尽管应变速率强化效应较弱,但退火态试样的流变应力仍随着应变速率的增大而逐渐增大。基于实验结果拟合了修正Johnson-Cook本构模型,该模型的计算结果与实验结果吻合较好。

AZ91D镁合金筒形件拉深工艺研究

基于H1F60小松伺服压力机,采用电磁感应模内加热系统,对1 mm厚的AZ91D镁合金薄板在不同工艺参数条件下的拉深成形性能进行了研究。研究结果表明:在室温下,板料不能成形圆筒件,温度升高到100℃后,板料被成功拉深成圆筒件,板料的极限拉深比随温度先快速上升,后缓慢上升,最后下降,400℃时,极限拉深比达到最大值1.91,此温度下板料的拉深性能最好;而当压边力、冲压速度增大后,板料的拉深性能却随之降低。

高锰酸钾对AZ91D镁合金微弧氧化膜质量的影响

采用微弧氧化(MAO)的方法在硅酸盐体系碱性电解质液在AZ91D镁合金基体表面上获得了颜色均匀、致密性好的微弧氧化陶瓷膜。采用扫描电子显微镜(SEM)观察陶瓷膜微观形貌,用X射线衍射仪(XRD)分析了物相,用盐水浸泡试验考察了陶瓷膜防腐蚀性能。讨论了高锰酸钾浓度对陶瓷膜的表面形貌和性能的影响。结果表明,微弧氧化膜主要由MgAl_(2)O_(4)和MgO相组成。当高锰酸钾添加量为0.5 g/L,柠檬酸为1.5 g/L时所得膜层更加致密,膜层的综合性能最好。

聚天冬氨酸对AZ91D镁合金阳极氧化膜性能的影响

为提高AZ91D镁合金耐蚀性且满足绿色环保要求,在阳极氧化电解液中添加环保型添加剂聚天冬氨酸(PASP)制备阳极氧化膜,研究添加剂聚天冬氨酸对阳极氧化过程、氧化膜的形貌及组成和耐腐蚀性能的影响。采用光学显微镜、带能谱的扫描电镜及X射线衍射仪,观察分析添加聚天冬氨酸前后阳极氧化膜的形貌及组成,利用动电位极化及浸泡腐蚀等方法,研究分析阳极氧化后AZ91D镁合金的耐腐蚀性能。结果表明:聚天冬氨酸通过与镁合金表面的吸附作用,使膜层阻抗增大,阳极氧化成膜电压升高,膜厚增大,膜层致密、均匀、平整,微孔和裂纹减少,提高了氧化膜的耐腐蚀性能。

电解液中添加钛纳米颗粒对AZ91D镁合金表面微弧氧化膜性能的影响研究

在磷酸盐电解液中,通过添加钛纳米颗粒在AZ91D表面制备了含钛的微弧氧化膜,研究了电解液中钛纳米颗粒浓度对膜层形貌、组成及性能的影响。利用扫描电子显微镜、能量色散谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱表征微弧氧化膜层的形貌及组成;利用电化学工作站评价了膜层的耐腐蚀性,利用分光光度计测试了膜层的光吸收性能。结果表明:加入到电解液中的钛纳米颗粒对微弧氧化电压变化影响不大。但加入的钛纳米颗粒可以在微弧氧化膜中生成Mg2TiO4,随着钛纳米颗粒浓度增加,膜层表面较小的微孔先减少后增加,耐腐蚀性先提高后降低。随着钛纳米颗粒浓度的增加,膜层颜色由淡灰色变为浅蓝色再变为深蓝色,对模拟太阳光的反射率逐渐降低。

激光选区熔化AZ91D镁合金的微观组织与力学性能

采用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备了AZ91D镁合金试样,研究了成形过程中体能量密度对AZ91D试样的影响,采用光学显微镜(OM)、主要扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和力学性能测试等方法,对SLM AZ91D合金的微观组织、物相和力学性能进行分析。结果表明,在功率为130 W、扫描速度为300 mm/s、体能量密度为144.44 J/mm^(3)时,所得试样的致密度最佳。SLM AZ91D试样中存在α-Mg、β-Mg_(17)Al_(12)两相,并且熔池边缘由蜂窝状的等轴晶和柱状晶共同组成,与铸态AZ91D试样的微观组织和力学性能进行对比,SLM AZ91D试样的晶粒更细小(平均晶粒尺寸约为1.013μm),且显微硬度(97.10HV_(0.1))及抗拉强度(316 MPa)均高于铸造态AZ91D试样(76.61HV_(0.1);208 MPa)。

铈对AZ91D镁合金组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、X射线衍射和扫描电镜等分析研究了含铈AZ91D镁合金(0.26%Ce、0.69%Ce、0.93%Ce)的显微组织及相组成,并对其室温力学性能进行了测试,同时与不含铈AZ91D镁合金的组织和力学性能进行了比较。结果表明,当加入0.69%Ce时,合金铸态组织得到明显细化,网状β相呈弥散的粒状分布于晶界上,同时有大量的针状物Al4Ce相出现;而当加入0.93%Ce时,合金的铸态组织没有细化现象,反而较AZ91D-0.69%Ce的组织有粗化的趋势,且针状化合物长大成杆状。适量稀土Ce可以改善合金的力学性能,当Ce含量为0.69%时,合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率及硬度分别比AZ91D镁合金提高15.8%、8.7%、140%及15.7%,其综合力学性能达到最佳。分析了Ce对合金的综合强化机理。

固溶处理对激光粉末床熔融AZ91D镁合金显微组织和力学性能的影响

采用激光粉末床熔融的增材制造技术成形了AZ91D镁合金,并研究四种固溶处理制度((420℃,4h)、(420℃,6h)、(450℃,4h)、(450℃,6h))对打印态合金的显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:激光体能量密度在160~210 J/mm^(3)之间时,成形的试样致密度大于99%,由α-Mg基体和β-Mg17Al12析出相组成;经(420℃,4h)固溶后,晶粒内部的纤维状β相几乎全部固溶到基体中,晶界处块状β相部分溶解;随着固溶温度的升高和时间的延长,晶界处更多的β相溶解,晶粒尺寸也逐渐增大,这为促进位错滑移提供了条件;相对于打印态合金,(450℃,6 h)态合金在不损失抗拉强度的同时,断裂伸长率由3.56%±0.47%提升到9.25%±1.05%,提高约160%,但屈服强度由(191±7)MPa降低到(141±7)MPa,这主要由于β相中Al原子的固溶强化、β脆性相的减少和晶粒尺寸的增大等。

钇和铈对AZ91D镁合金的组织及力学性能的影响

采用真空熔炼金属型铸造方法,在AZ91D镁合金中添加适量的稀土元素钇和铈,研究钇和铈对AZ91D组织和力学性能的影响规律。结果表明,在AZ91D中添加适量钇和铈可以使合金的组织细化,Mg17Al12第二相分布均匀弥散,提高AZ91D镁合金的力学性能。

电脉冲处理对固溶态AZ91D镁合金显微组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及电子万能试验机等研究了不同电流密度和通电时间的电脉冲处理(EPT)对固溶态AZ91D镁合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:随着电流密度或通电时间的增加,合金的晶粒尺寸未发生明显变化,但其残余第二相的数量和尺寸均逐渐减小;与固溶态和时效态合金相比,EPT后合金残余第二相数量和尺寸减小,位错密度和亚晶数量增多。当通电时间为560 ms时,在50~125 A/mm^(2)范围内,随着电流密度的增加,合金的抗拉强度和伸长率均逐渐上升;当电流密度为125 A/mm^(2)时,在520~640 ms范围内,随着通电时间的增加,合金抗拉强度先增大后减小,转折点为560 ms,但其伸长率逐渐升高;当电流密度为125 A/mm^(2)和通电时间为560 ms时,EPT后合金的抗拉强度和伸长率分别为325 MPa和12.1%,与固溶处理的合金相比,抗拉强度和伸长率分别提高了3.8%和9%,与传统时效处理合金相比,抗拉强度下降了2.7%,但伸长率提高了25%。

AZ91D镁合金在含SO_2大气环境中的初期腐蚀行为

采用室内加速的方法,利用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射等手段对AZ91D镁合金在含微量SO2工业污染环境中的初期腐蚀层形貌以及腐蚀产物进行了分析和研究。结果表明:SO2加速镁合金的腐蚀,随着SO2含量增加,镁的腐蚀速率加快。镁合金的初期腐蚀具有局部腐蚀的特征。腐蚀优先从α相基体开始,腐蚀初期在材料表面生成一层保护性的含有MgO和Mg(OH)2的薄膜。SO2降低了薄液层的pH值,增强溶解过程,促进可溶性MgSO3·6H2O和MgSO4·6H2O腐蚀产物的生成,使表面膜失去保护作用,加速镁合金的后期腐蚀。

AZ91D镁合金搅拌摩擦焊接头组织性能研究

针对AZ91D铸造镁合金开展搅拌摩擦焊试验,研究了工艺参数对搅拌摩擦焊焊接接头性能的影响。结果表明,当转速为300 r/min、行进速度为30~95 mm/min时,可得到无缺陷焊缝;与母材相比,焊核区由较均匀的等轴晶组成,而母材中的网状β-Al_(12)Mg_(17)金属间化合物部分转变为细小弥散颗粒和长条状β-Al_(12)Mg_(17),部分溶入到α-Mg基体中;焊缝中心从上到下分别为冠状区、中心区、底部区,冠状区的水平方向硬度分布近似水平,中心区及底部区硬度分布则近似“W”型;增大转速时,焊核区的平均硬度逐渐降低,表明焊接热输入的影响大于搅拌头破碎晶粒的影响;接头拉伸试样断裂位置主要为前进侧热影响区,并且抗拉强度明显大于母材,这是因为热影响区中细小弥散的β-Al_(12)Mg_(17)相能阻碍接头断裂,从而提高接头力学性能。

Ce含量对AZ91D镁合金组织及性能的影响

研究了不同Ce含量的AZ91D镁合金的晶粒尺寸、物相和力学性能。结果表明,Ce含量不同的AZ91D镁合金显微组织、物相和力学性能有较大差异;Ce含量在0.5%~1.5%范围内,随着Ce含量升高,晶粒尺寸逐渐细化;当Ce含量为1.5%时,晶粒尺寸最小,合金综合力学性能最高。

AZ91D镁合金在含Cl-溶液中腐蚀机理的研究

探讨了溶液中的Cl-离子、合金的成分及微观组织结构、氧化膜的结构对AZ91D镁合金腐蚀的影响。从腐蚀速率、腐蚀形貌、腐蚀类型及表面膜的状态等几个方面对AZ91D镁合金的腐蚀行为进行了定量和定性的描述。表面膜的疏松多孔,溶液中的活性阴离子是造成AZ91D镁合金腐蚀的动力学因素,由于Cl-(高解离度,高吸附性,高导电性,表观尺寸小)的特殊作用,合金表面所发生的是有选择的点蚀,最后呈蜂窝状;随着Cl-浓度的增加,腐蚀速率也随之增大。