Pr对AZ91压铸镁合金耐腐蚀性能的影响

1、采用扫描电镜观察和电化学测试的方法研究了添加Pr稀土元素对AZ91压铸镁合金耐腐蚀性能的影响。试验结果表明,Pr的添加可以形成条状的Al11Pr3相和块状的Al6Mn6Pr相,并促进网状-Mg17Al12相数量的减少和形态的粒化;随着Pr添加量的增加,镁合金的自腐蚀电位逐步提高;添加Pr的AZ91镁合金在电化学腐蚀过程中的腐蚀行为表现为多相溶解、相数量减少和形态粒化,使阴极相对面积减少,基体耐蚀性增强。Pr对AZ91压铸镁合金耐腐蚀性能的影响一汽铸造有限公司技术中心 孟 赢 刘海峰 佟国栋镁合金是目前实际工程应用中最轻的金属结构材料,具有密度低、比强度高、阻尼减振性能优越等诸多优点,被誉为21

2、世纪绿色工程金属结构材料。但是值得注意的是镁的化学性质活泼,平衡电位较低,在NaCl溶液中的腐蚀电位是所有结构金属中最低的。此外,镁的氧化膜疏松,不像铝的氧化膜那样致密而有保护性,所以镁合金的耐腐蚀性能较差,长期以来严重制约了镁合金的开发和广泛应用,使镁合金的优良性能得不到充分发挥。通过向镁合金中添加稀土元素不仅能够提高合金的常温及高温力学性能,而且能够提高镁合金的耐腐蚀性能。在目前开发的添加稀土的镁合金中,稀土多是以Ce-La-Pr混合稀土的方式加入,由于存在着稀土元素的相互作用,因此对于单一稀土特别是Pr的作用机理尚不完全清楚。本文研究了Pr的单独加入对AZ91镁合金耐腐蚀性能的影响,试图

3、为随后稀土镁合金开发过程中各稀土元素比例控制提供基础数据。1 试验试验用原材料为AZ91合金锭,工业纯Mg锭、纯Al锭、Al-10%Mn(质量分数和Mg-20%Pr(质量分数中间合金。在容量为30 kg的钢制坩埚电阻炉中熔炼合金,整个熔炼过程在SF6和N2混合气体的保护下进行,试验合金成分见表1。采用630 t冷室压铸机进行合金样品制备。以手动浇注方式将镁合金熔体浇入压铸机的压射室中,合金浇注温度控制在675685 ,每种成分的合金至少进行30次压铸。压铸试样由2根直径为6 mm、标距为100 mm的拉伸试棒和2根直径为10 mm、标距为100 mm的蠕变试棒组成。用于显微组织分析和电化学测试

4、的试样均取自拉伸试棒的中部。采用LK9805型电化学分析仪进行极化曲线测试。采用三电极体系,即试样为工作电极,铂片为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE为参比电极。试样在3.5.%NaCl水溶液中静置30 min后,以动电位扫描速度0.05 V/s,在-1.8 V到0扫描电位区间从阴极向阳极方向扫描。采用配备有EDAX-Fallon型能谱仪的JSM-5600LV型扫描电镜观察电化学测试前后合金的显微组织。2 试验结果与分析(1Pr对AZ91压铸镁合金组织的影响 图1为AZ91添加不同含量Pr的显微组织,图1中AH点的EDS分析结果见表2。由图1可见,当Pr含量为0.4%时,在晶界处可以观察到有网状相

5、的分布(图1a中的A点,在靠近晶界处发现了块状析出相(图1a中的B点和细小的条状析出相(图1a中的C点。根据EDS的结果以及X-Ray的分析结果,网状相为-Mg17Al12相,块状析出相为Al6Mn6Pr相,条状析出相为Al11Pr3相。Pr含量提高至0.8%,晶界处的网状相变为断续分布,晶界附近的条状Al11Pr3相(图1b 中的D点和Al6Mn6Pr块状析出相(图1b 中的E点尺寸增大。Pr含量提高至1.2%,在晶粒内部可以观察到尺寸明显增大条状Al11Pr3相(图1c 中的F和G点,晶界附近的Al6Mn6Pr块状析出相的尺寸也明显增大(图1c 中的H点。(2Pr对AZ91压铸镁合金腐蚀性

6、能的影响图2为AZ91+xPr镁合金在3.5%NaCl水溶液中的动电位极化曲线。在开始进行极化曲线测量时,被测试样表面产生大量气泡,随着电压的逐步升高,气泡数量逐渐减少,直至完全消失,而后气泡又逐渐增多,直至测试结束。添加0.4%、0.8%、1.2% Pr试样的自腐蚀电极电位分别为-1.409 8 V、-1.351 8 V和-1.337 7 V。上述结果说明,随着Pr的含量增加,镁合金的抗腐蚀能力增强。由图2还可以看出,当Pr的含量由0.4%提高至0.8%时,自腐蚀电极电位明显提高;由0.8%提高至1.2%时,自腐蚀电极电位提高图1 压铸镁合金电镜扫描照片表2 EDS分析结果 %点Mg Al

7、Pr MnA73.4826.370.15C15.7867.8516.37D32.6349.2718.10F25.4356.3218.25G 4.8668.6926.45 不明显。图3示出了完成电化学测试后试样表面的显微组织。由图3a可以看出,完成电化学测试后AZ91+0.4%Pr合金表面残留有大量的腐蚀产物,在试样表面可见网状的-Mg17Al12相和少量的点蚀坑。AZ91+0.8%Pr合金的腐蚀表面残留腐蚀产物明显减少,网状的-Mg17Al12相也明显减少,并晶界附近出现了大量的点蚀坑。由于AZ91+1.2%Pr合金中的-Mg17Al12相已经由网状转化为孤立岛状且数量减少,加之晶粒内部析出的

8、稀土相,其腐蚀方式以点蚀为主。腐蚀表面出现了大量的点蚀坑,点蚀坑不仅出现在晶界附近,同时也出现在晶粒内部。在AZ91镁合金中,-Mg和-Mg17Al12是两个主要组成相。由于-Mg和-Mg17Al12相的电位不同,在显微组织中-M g17A l12为阴极与-M g构成微电偶腐蚀。-M g晶粒作为阳极优先发生腐蚀,尤其是-M g17A l12相周围的-M g。在电化学腐蚀过程中,作为阴极相基本上不受到腐蚀而被保留在基体表面,小部分的相因与其相连的-M g晶粒腐蚀严重而被破坏后脱落,并引起点蚀。AZ91+0.4%Pr合金中由于Pr的加入量较小,尽管在组织中出现了少量的条状Al11Pr3相和Al6M

9、n6Pr块状析出相,但是-Mg17Al12相仍然主要以网状的形式分布在晶界处。因此,其腐蚀的主要形式是以-Mg17Al12与-Mg构成的电池腐蚀。少量孤立的-Mg17Al12相,Al11Pr3相和Al6Mn6Pr相因与其相连的-Mg晶粒腐蚀严重而被破坏后脱落,并形成点蚀图2 AZ91+x Pr合金的极化曲线图3 电化学测试后的AZ91+x Pr合金试样表面(c(b(a坑,但是其数量相对较少。提高Pr的含量至0.8%,晶界处的网状-Mg17Al12相开始不连续,晶界附近的条状Al11Pr3相和Al6Mn6Pr块状析出相尺寸明显增大。在电化学腐蚀过程中-Mg17Al12与-Mg构成的微电偶腐蚀仍然

10、是腐蚀的主要形式,这表现在腐蚀表面仍然有大量的网状-Mg17Al12相残留。与此同时,由于粗大的Al11Pr3相和Al6Mn6Pr相主要分布在晶界附近,与其相连的-Mg晶粒腐蚀严重而被破坏后脱落形成的点蚀坑主要集中在晶界附近,而且其数量明显增多。当Pr 含量增加至1.2%时,晶界处的-Mg17Al12相基本为孤立岛状,晶界处出现了块(下转第60页P R O D U C T I O N E Q U I P M E N T生产装备 压合模调试的难点是辨别压合总成产品质量不合格时产生的原因,以便确定具体整改方向。压合总成的轮廓精度主要取决于外板单品和压合,压合总成的平整度主要取决于内板单品型面精度和

11、压合,面品质主要取决于内外板单品、压合及涂胶。7 结束语要想获得优质的压合产品,要有相对应的单品冲压工艺作前提,要有正确的压合工艺相协同,要有合理的压合模结构为保证,要有对现场调试整改方向的把握。(5护板导向装置护板导向装置用于输送过程中的初定位,常用机构如图19。设计时要注意与上底板和连杆机构是否干涉。6 压合模的调试压合模具的验收主要取决于压合总成产品的质量状况、模具的结构功能操作及生产节拍的满足。而压合总成产品质量的影响因素主要为内外板单品质量、压合质量及涂胶质量,前两者为重中之重。图17 皮带输送机构图18 前端挡料装置(a (b图19 护板导向装置A T&M(上接第54页状的

12、Al6Mn6Pr相,晶粒内部出现了大量尺寸粗大的Al11Pr3相。此时,岛状-Mg17Al12相和稀土析出相因与其相连的-Mg严重腐蚀而被破坏后脱落,并在试样表面形成大量点蚀坑。点蚀坑不仅分布在晶界处,也广泛的分布在晶粒内部。点蚀坑的分布与显微组织中岛状-Mg17Al12相和稀土析出相的分布位置是相对应的。3 结论(1Pr的添加可以明显地提高AZ91镁合金的抗腐蚀能力。随着Pr添加量的增加,镁合金的自腐蚀电位逐步提高。当Pr含量超过0.8%以后,随着Pr含量的增加,自腐蚀电位提高有限。(2Pr的添加可以形成条状的Al11Pr3相和块状的Al6Mn6Pr相。随着Pr 含量的提高,Al11Pr3相和Al6Mn6Pr相的尺寸和数量明显增加,Al11Pr3相的析出位置由晶界析出转