合金元素Sb對Mg-5Al-2Sr合金組織和性能的影響.pdf

1、本文利用金相顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDAX)、拉伸力學性能測試、硬度測試、腐蝕失重法、電化學極化曲線和阻抗譜測試(EIS)等手段，系統(tǒng)地研究了表面活性元素Sb對Mg-5Al-2Sr合金組織和性能的影響規(guī)律和作用機制，為高強韌性能耐熱鎂合金的研究開發(fā)和應用發(fā)展提供理論指導。
　　研究結果表明，Mg-5Al-2Sr合金的鑄態(tài)組織主要由枝晶α-Mg、沿晶界或分布在枝晶間的具有層狀形貌

2、的共晶或離異共晶的Al4Sr相以及具有塊狀形貌的三元Mg9Al3Sr相(η相)組成。Sb的加入使合金中引入了一種顆粒狀新相SbSr2，同時抑制了合金中三元η相的形成。所有鑄態(tài)合金中均未出現(xiàn)Mg-Al系合金中常見的Mg17A112相。加入0.3％的Sb不僅能夠有效地細化合金基體組織，同時促進了合金中共晶Al4Sr的形成，使該相的分布更趨網(wǎng)狀化；隨著Sb含量的增加，SbSr2相的數(shù)量逐漸增多，網(wǎng)狀分布的Al4Sr相開始斷開；當Sb含量增至1

3、.0%時，合金中Al4Sr相的形態(tài)基本呈鏈狀不連續(xù)分布，顆粒狀SbSr2相比較粗大，晶粒尺寸也較大。Mg-5Al-2Sr-xSb鑄態(tài)合金的室溫和高溫（150℃）抗拉強度隨著Sb含量的增加而增加，均在Sb的加入量為0.6%時達到最大值，分別為196MPa和168Mpa。與室溫相比，高溫時合金抗拉強度的降低幅度隨著Sb含量的增加而加大。合金的室溫和高溫（150℃）延伸率、沖擊韌性在Sb的加入量為0.6%時也均達到最大值，分別為9.1%、13

4、.7%和21.6J·cm-2，在Sb的加入量為0.6%時鑄態(tài)合金具有最好的綜合力學性能。Mg-5Al-2Sr-xSb（x=0，0.6，1.0）合金的斷裂機制為準解理斷裂，Mg-5Al-2Sr-0.3Sb合金的斷裂機制為沿晶斷裂。
　　Mg-5Al-2Sr鑄態(tài)合金中加入0.3%的Sb能夠顯著提高合金的耐腐蝕性能。與Mg-5Al-2Sr合金相比，此時合金的腐蝕速率最小，為0.35mg·cm-2·d-1；合金的腐蝕電位明顯正移，腐蝕電流

5、密度降低了兩個數(shù)量級，為1.074×10-5A·cm-2，線性極化電阻Rp明顯增大；合金的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rt和表面膜電阻Rf有很大程度的提高，雙電層電容CPE和表面膜電容Cf顯著減小，感抗值很大。Mg-5Al-2Sr-xSb合金的腐蝕源于合金中塊狀的η相或顆粒狀的SbSr2相與它們周圍的α-Mg形成電偶腐蝕進而誘發(fā)點蝕的過程，合金的腐蝕程度與顆粒相的數(shù)量和尺寸成正比。網(wǎng)狀Al4Sr相的密集分布能夠成為腐蝕的有效障礙，它不僅能減小金屬的腐蝕

6、面積，阻礙腐蝕的擴展，還能在自身表面形成穩(wěn)定的鈍化膜抑制電極反應和化學反應的進行。
　　Mg-5Al-2Sr-xSb合金經(jīng)過415℃/20h固溶處理后，合金組織中的Al4Sr相、三元η相和SbSr2相整體表現(xiàn)出較高的熱穩(wěn)定性，只有部分共晶相端點的非平衡相發(fā)生了溶解，原來島鏈狀Al4Sr相的連續(xù)化程度有所減少。所有固溶態(tài)合金的室溫抗拉強度和延伸率較鑄態(tài)都有所升高，而屈服強度和硬度下降?？估瓘姸仍赟b的含量為0.6%時達到最大值，為2

7、28MPa，此時合金的延伸率也達到最大，為14.2%，固溶態(tài)Mg-5Al-2Sr-0.6Sb合金具有最好的綜合力學性能。所有固溶態(tài)合金的斷裂機制為準解理斷裂。
　　Mg-5Al-2Sr-xSb合金經(jīng)200℃/24h時效處理后所有合金中枝晶偏析的現(xiàn)象都已消除。Mg-5Al-2Sr合金和Mg-5Al-2Sr-0.6Sb合金基體組織中島鏈狀Al4Sr相的連續(xù)化程度進一步降低，基本呈棒狀或粒狀分布，晶內(nèi)有顆粒狀β-Mg17A112相連續(xù)析

8、出。Mg-5Al-2Sr-0.3Sb合金和Mg-5Al-2Sr-1.0Sb合金晶界附近有片狀不連續(xù)β-Mg17A112相析出，并向晶內(nèi)擴展。所有時效態(tài)合金的室溫抗拉強度、屈服強度和硬度較固溶態(tài)都有所升高。抗拉強度、屈服強度、硬度值和延伸率在Sb含量為0.6%時均達到最大值，分別為247MPa、175MPa、97HV、5.5%，時效態(tài)Mg-5Al-2Sr-0.6Sb合金同樣具有最好的綜合力學性能。Mg-5Al-2Sr-xSb合金經(jīng)200℃