热处理对AZ91D和AM50合金组织和腐蚀行为的影响_霍宏伟

在温度为 25 ±2 ℃、浓度为 3.5wt %NaCl 溶液中 , 不同热处理条件下的 AZ91D 和 AM50 合金样品浸泡 30min 之后的自腐蚀电位见表 2 。变化 规律相同 , T4 处理之后 , 合金的自腐蚀电位朝负方向偏移 , 而此时 材料的腐蚀速度也有所增加 , 从而可以断定 T4 处理 后 , 合金在腐蚀过程中阳极反应加快 , 可能的原因是 β 相溶解到固溶体当中之后 , 相当于增大了 α相的体 积分数 , 根据镁合金阳极溶解的部分保护膜机制[ 12] , 合金的阳极溶解电流密度增大 , 合金的腐 蚀速度增 加 ;时效处理之后 , 伴随着 β 相的析出 , 合金的自腐蚀 电位朝正向偏移 ;同时 β 相的体积分数影响合金的腐
表 1 铸态 AZ91D 和 AM50 合金的化学成分(wt %) Table 1 Chemical compositions of as-cast AZ91D and AM50 alloys (wt %)
A lloy A l Zn Mn Si AZ91D 8.7 0.78 0.02 0.01 AM50 4.8 <0.08 0.4 0.01
收稿日期 : 2003-06-02 ; 修订日期 : 2003-08-12 基金项目 : 国家杰出青年基金(59625103);国家 自然科学基 金资助 项目(50001013) 作者简介 : 霍宏伟(1974 —)男 , 中国 科学院金 属研究 所博士 , 现工 作单位沈阳师范大学 , 化学与生命科学学院 , 主要从事轻金属的腐蚀 与防护 , 发表论文 10 余篇 , E-mail :hwhuo @ 。
的 α-Mg 固溶体 , 在随后的时效过程中 , 过饱和 α固溶 体不经过任何中间阶段直接析出非共格的平衡相 , 不 存在预沉淀或过渡相 。但 Mg17Al12 相在形成方式上有
连续析出和非连续析出两种类型 , 非连续析出大多从 晶界或位错开始 , Mg17 Al12 相以片状形式按一定的取
向往晶内生长 , 附近的 α固溶体同时达到平衡浓度 , 从晶界开始的非连续析出进行到一定程度后 , 晶内产 生连续析出 , 形成连续细小 、球状的 β 相 , 但在 SEM 电镜下往往观察不到 。对于 AM50 合金 , 由于合金中 Al 含量的降低 , 铸态条件下合金中 β 相的含量显著 减少 , T4 和 T6 处理与 AZ91D 合金处理的效果相似 , 在 T4 状态下 , 组织呈单相固溶体 ;在 T6 状态下 , 沿晶 界析出 β 相 , 与原始的铸态相比 , β 相的体积分数明 显增加 。由以上结果可见固溶处理会使合金中 β 相 分解并溶入基体中 , 再经时效处理则会引起 β 相的析 出 。 但对两种合金而言 , 杂质相 Al-Fe-Mn 及 Mg2Si 等 尺寸和分布不受热处理的影响 , 这一点 O .Lunder 等 也曾经报导过[ 11] 。
浸泡实验结果得出 , AZ91D 和 AM50 合金在不同 状态下于 3.5wt % NaCl 溶液中浸泡 24h 的腐蚀速率 如图 4 所示 。两种合金在 T4 状态下都具有最大的腐 蚀速率 , 铸态同 T6-20h 状态的腐蚀速率接近 , T6-50h 具有最低的腐蚀速率 。在 T6-50h 状态下 , β 相沿晶界 分布 , 其 Al 含量高达 40 %, 腐蚀行为与 Mg 在碱性溶 液和 Al 在中性溶液中的腐蚀行为相似 , 在较宽的 pH 值范围内具有相对的稳定性 , 钝化能力强 , 可以对腐 蚀起到阻碍作用 。 2.4 自腐蚀电位
光 , 采用成分为 :醋酸 20mL 、乙二醇 60mL 、硝酸 1mL 、 蒸馏水 20mL 的溶液刻蚀后进行组织观察[ 10] 。
铸态和不同热处理状态下 , 合金中 Mg 、Al 主要元
素的分布情况通过能谱分析(EDAX)检测 。
腐蚀 速 率测 量采 用浸 泡失 重法 :浸入 3.5wt %
(pH =7)、温 度为 25 ±2 ℃的 NaCl 溶液 中 , 浸 泡 24h
图 3 不同状态下 , 两种合金基体内的 Al 含量 Fig .3 Al content in the matrix of AZ91D and AM50
alloys in different conditions
2.2 基体中的铝含量 图 3 示出微区能谱分析(多次测量取平均值)得
到的 AZ91D 和 AM50 合金在不同状态下的基体内的
DO I :10.13289/j .issn.1009 第 24卷 第4期
-6264.2003.04材.002 料
热
处
理
学
报
20 03 年 12 月
TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT
Vol .2 4 No .4 December 2 00 3
热处理对 AZ91D 和 AM50 合金组织和腐蚀行为的影响
霍宏伟1, 2 , 李 瑛1 , 王福会1
(1 .中国科学院金属研究所 金属腐蚀与防护国家重点实验室 , 辽宁 沈阳 110016 ; 2 .沈阳师范大学 化学与生命科学学院 , 辽宁 沈阳 110034)
摘 要 :研究了固溶处理(T4)和固溶 +人工时效处理(T6)对 AZ91D 和 AM50 合金组织 结构 、成分分布 以及在 3.5wt % NaCl 溶液中腐 蚀行为的影响 。 结果表明 热处理可 以改变 两种合 金的组 织结构 和成分 分布 , 进而对合金的自腐蚀电位和抗腐 蚀性能 产生影响 ,β 相的体 积分数 和分布 状态对 合金的 腐蚀行 为具有重要的影响 。 关键词 :热处理 ; 镁合金 ; AZ91D ; AM50 中图分类号 :TG146.2 ; TG113 文 献标识码 :A 文章编号 :1009-6264(2003)04-0008-04
图 1 不同状态下 AZ91D 合 金的显微组织 a)铸态 , b)T4, c)T6-20h, d)T6-50h Fig .1 Microstructures of AZ91D alloy in different conditions a)cast , b)T4 , c)T6-20h , d)T6-50h
蚀速度 , β 相的体积分数增大 , 合金的腐蚀速率降低 。
表 2 在 3.5wt % NaCl 溶液中浸泡 30min 之后 , AZ91D 和 AM50 合金不同状态下的自腐蚀电位 Table 2 Eocp of AZ91D and AM50 alloys under different conditions after immersion in 3.5wt % NaCl solution for 30min at 25±2℃ (E ocp :open circuit corrosion potential)
样原始质量(mg);w1 —实验后 清除腐蚀产物后试样
的质量(mg);w2 —清除腐蚀产 物时同样尺寸同种材
料空白试样的校正失重(mg)。
自腐蚀电位监测采用 PAR M352 电化学测试系
统 , 采用标准的三电极体系 , 样品为工作电极 , 铂片为
第 4期
霍宏伟等 :热处理对 AZ91D 和 AM 50 合金组织和腐蚀行为的影响
Fe 0.005 0.004
Cu Ni 0.03 0.002 0.01 0.002Mg来自ba lance ba lance
固溶处理(T4)的工艺条件为 420 ℃保 温 24h , 取
出后立即水淬 ;固溶 +人工时效处理(T6)的工艺条件
为 T4 处理后接续进行 175 ℃保温 20h 和 50h 的处理 , 取出后水淬[ 9] 。 样品经 SiC 砂 纸预磨之后用布轮抛
镁合金是近年来国内外重新认识并积极开发的 新型环保材料 , 在汽车 、航空 、通讯 、电子 、运动器材等 领域得到广泛的应用 , 年增长率超过 20 %[ 1 ～ 4] 。镁合 金的性能特点取决于其成分和组织结构 , 它们不但影 响合金的力学性能 , 也会影响其腐蚀性能 。通过改善 合金的成分和组织结构来满足镁合金的性能需求已 成为一种行之有效的方法 , 在这方面目前主要采用以 下几种途径[ 5～ 8] , 一种是改善铸造工艺参数和变形加 工条件 , 一种是添加混合稀土元素来改善合金的组织 结构 , 另一种是对合金进行热处理 。热处理不但可以 消除铸件的应力和一些缺陷 , 还可以改变铸件的组织 和成分分布 , 因此对合金的耐腐蚀性能必定会产生一 定的影响 。
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材 料 热 处 理 学 报
第 24 卷
图 2 不同状态下 AM50 合金的显微组织 a)铸态 , b)T4, c)T6-20h, d)T6-50h Fig .2 Microstructures of AM50 alloy in different conditions a)cast , b)T4, c)T6-20h , d)T6-50h
后 , 用 20 %CrO3 +1 %AgNO3 溶液清除样品表面的腐
蚀产物 、冷风吹干后再称量腐蚀后样品的重量 ;用单
位时间内单位面积上的质量变化 , 即平均腐蚀速率表 征样品的腐蚀速率 v(mg cm-2 h-1), 公式如下 :
v
= w0
-w1 At
+w2
(1)
式中 :A —试样面积(cm2);t —实验时间(h);w0 —试
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辅助电极 , 饱和甘汞电极(SCE)为参考电极 。在温度 为 25 ±2 ℃的条件下 , 监测铸态及不同热处理状态下 合金在 3.5wt %NaCl 溶液中自腐蚀电位的情况 。
2 实验结果与分析
2.1 显微组织 AZ91D 和 AM50 合金的铸态 (F)、T4 状态和 T6
状态显微组织如图 1 和 2 所示 。 对于 AZ91D 合金 , 在 铸态条件下基体为 α-Mg 相 , 它是 Al 和 Zn 在 Mg 中的 固溶体 , 与 Mg 具有相同的晶体结构 , β 相-Mg17 Al12 呈 骨骼状弥散 、不连续地分布于晶界 , 同时含有少量的 共晶体 ;T4 状态下组织呈单相 、树枝晶结构 , EDAX 分 析表明 , Al 元素基本均匀地分布在 Mg 基固溶体内 , 基本消除了偏 析现象 , 但晶界处 残留一 些 Al-Fe-Mn 等相 ;在 T6 状态下 , 在晶界上析出网状 β 相 , 时效处 理 50h 的样品与时效处理 20h 的样品相比 , β 相在晶 界的析出更加连续 , 相尺寸增大 ;由 Mg-Al 二元合金 相图可知 ,AZ91 镁合金在 350 ℃固溶时 , 形成过饱和