合金元素對(duì)鎂合金高溫氧化性能的影響.pdf

1、鎂合金的密度較小，是工業(yè)中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。鎂合金目前已被應(yīng)用于汽車、航空工業(yè)以及3C產(chǎn)品等領(lǐng)域。但是由于其耐腐蝕性能差，成型性能差，在高溫下極易氧化等原因，鎂合金在工業(yè)中的應(yīng)用受到了很大的限制。因此，提高鎂合金在高溫下的抗氧化性能對(duì)于鎂合金更廣泛的應(yīng)用具有重大意義。合金化已被證明是一種能夠有效提高鎂合金抗氧化性能的方法。然而，合金元素對(duì)鎂合金高溫氧化性能的影響規(guī)律及氧化機(jī)理尚不清楚，合金元素的添加量還不易控制。本文通過在純鎂中添加不

2、同含量的合金元素，制備了多種二元及三元鎂合金。系統(tǒng)的考察了多種二元鎂合金及 Mg-Y-X(X=Al、Zn、Ce)、Mg-Gd-X(X=Ce、Ca)系合金在高溫下的氧化規(guī)律，通過掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、X射線衍射儀(XRD)、X射線光電子能譜儀(XPS)等分析手段，研究了合金氧化膜的形貌、結(jié)構(gòu)以及成分，分析了這些影響因素對(duì)合金高溫氧化性能的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過在純Mg中添加不同含量的Y、Ca、Gd等合

3、金元素，系統(tǒng)的研究了二元鎂合金在450oC~650℃之間的抗氧化性能。隨著合金中Y、Gd、Ca元素含量的增加，鎂合金的抗氧化性能得到了明顯改善。在經(jīng)過500oC空氣中等溫氧化6小時(shí)后，Mg-Y、Mg-Gd以及 Mg-Ca合金表面均形成了致密的復(fù)合氧化膜，致密氧化膜的形成能夠有效保護(hù)合金基體。Mg-Y、Mg-Gd合金氧化后表面形成的氧化膜中，MgO主要分布在氧化膜外層，而Y2O3/Gd2O3主要分布在氧化膜/基體界面處，稀土氧化物的含量相

4、對(duì)較少。而Mg-Ca合金經(jīng)過氧化后，氧化膜中CaO的所占的比例較高，MgO較少，CaO主要形成在氧化膜外層。結(jié)果表明，Mg-RE和 Mg-Ca合金中合金元素在高溫氧化過程的氧化順序不同。⑵Ce元素在純Mg中的少量添加(0.2、0.4wt.％)對(duì)提高合金在高溫下的抗氧化性能有積極作用，但由于Ce在Mg中的固溶度較低，合金中形成的Mg12Ce相為O的內(nèi)擴(kuò)散提供了通道，使氧化反應(yīng)容易在此處發(fā)生，導(dǎo)致合金在高溫氧化時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)氧化。Mn元素在

5、純Mg中的添加對(duì)合金的抗氧化性能沒有明顯影響。⑶鎂合金的抗氧化性能與氧化膜的形貌、結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。雖然CaO的PBR值小于1，但由于 Mg-Ca合金氧化膜結(jié)構(gòu)非常致密，對(duì)機(jī)體的保護(hù)性能很好，因此Mg-Ca合金具有較好的抗氧化性能。⑷Mg-Y二元合金中添加Al、Zn、Ce元素后，合金中分別形成了Al2Y、Mg12YZn以及Mg12Ce等不同第二相。Al2Y相的形成消耗了合金中的Y元素，且在高溫下能夠穩(wěn)定存在，不易固溶，降低了Mg-Y-Al

6、合金氧化膜中Y2O3的含量，從而惡化了合金的抗氧化性能。當(dāng) Mg-Y-Zn合金中 Zn元素的添加量低于2.5wt.%時(shí)，Zn的添加能夠顯著改善Mg-Y合金的抗氧化性能。Zn的添加能夠促進(jìn)Y元素向合金表面的富集，使氧化膜中的Y2O3含量增加。而過量添加Zn元素(3.5wt.%)導(dǎo)致氧化膜上出現(xiàn)裂紋，惡化了合金的抗氧化性能。Ce元素在Mg-Y合金中的添加能夠提高Y元素的表面活性，促進(jìn)Y2O3在合金表面生成。此外，Mg-Y-Ce合金表面形成的

7、致密Y2O3膜有效的抑制了合金的內(nèi)氧化。⑸研究了Ca、Ce元素的添加對(duì)Mg-3.5Gd合金高溫氧化性能的影響。結(jié)果表明，添加0.5wt.%的Ca元素能夠明顯提高M(jìn)g-Gd合金的抗氧化性能，該合金氧化后表面形成的CaO/Gd2O3氧化膜能夠有效保護(hù)基體。隨著Ca元素添加量的提高，合金氧化膜中CaO所占的比例逐漸增加。Mg-3.5Gd合金中添加0.2或0.4wt.%的Ce元素后，合金在625℃氧化2小時(shí)后重量未發(fā)生明顯氧化，而當(dāng)Ce元素添加