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上海交大丁文江院士等:镁合金腐蚀性能获重要进展!

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上海交通大学吴国华教授和丁文江院士等人最新研究表明,在不同冶金条件下(铸态、淬火态、峰时效态),添加微量As元素可以显著提高了AZ91合金的耐蚀性,这主要是与β相分布状态、阴极毒化、熔体净化以及局部腐蚀发生率降低有关。相关论文以题为“ Influence of trace As content on the microstructure andcorrosion behavior of the AZ91 alloy in different metallurgical conditions ”于3月4日发表在Journal of Magnesiumand Alloys上。

论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221395672030013X

AZ91合金由于其良好的铸造能力和高屈服强度成为使用最广泛的镁合金之一。提高AZ91合金的耐蚀性具有重要的工程应用价值。目前已有很多关于Y,Ce,La,Ca,Si,Sb,Sm等元素的微量添加对AZ91合金耐蚀性的影响研究,但都只是通过添加合金元素来改变相结构,减少杂质元素对腐蚀的影响而降低了腐蚀速率,而对镁合金中阳极或阴极动力学限制的研究却很少。所以迫切需要进一步改善腐蚀性能,以扩大镁合金的应用范围。

在这项工作中,研究人员依据砷可以延缓纯镁的阴极动力学,在镁合金中添加As可能会改变不同原子之间的相互作用,从而形成不同的腐蚀机理。为了全面了解As合金化对AZ91合金微观组织演变及腐蚀行为的影响,从而更好地开发添加微量As的高耐蚀性AZ91合金,本文系统研究了铸态,淬火和峰值时效条件下As含量(x = 0.04、0.05和0.06wt%)对AZ91合金显微组织和腐蚀行为的影响。

图1. 不同As含量的铸态AZ91合金的XRD图谱

图2. AZ91-xAs合金金相显微组织

图3.铸态AZ91-xAs合金(x = 0,0.0 5)的扫描电镜和能谱分析结果。(a)基体合金,(b)0.05As合金,(c)0.0 6As合金的扫描电镜背散射显微组织;(d)AZ91-0.0 5As合金的高倍扫描电镜背散射显微组织和1点、2点和3点的能谱结果

图4. AZ91-xAs合金在3.5wt%NaCl中浸泡72小时后的典型腐蚀表面宏观组织

图5. AZ91-xAs合金在3.5 重量%NaCl溶液中的阻抗谱 (a)1 h;(b)30 h

图6. AZ91-xAs合金在3.5wt%NaCl溶液中浸泡1h和30h的BODE图谱

图7. AZ91-xAs在3.5wt%NaCl溶液中浸泡1h和30h的极化曲线。(a)铸态合金;(b)T4合金;(c)T6合金。

图8. AZ91-xAs合金在3.5wt%NaCl中浸泡72小时后腐蚀的SEM形貌。(a) 铸态AZ91合金;(b)铸态AZ91-0.04As合金;(c)铸态AZ91-0.05As合金;(d)铸态AZ91-0.06As合金,(e)T4AZ91-0.05As合金;(f)T6AZ91-0.05As合金

图9. AZ91-xAs合金在3.5At%NaCl中浸泡72 h后截面形貌的扫描电镜图像(a)铸态AZ91合金;(b)铸态AZ91-0.05As合金;(c)T6AZ91合金;(d)T6AZ91-0.05As合金

总体说来,这项工作首次研究了不同冶金条件下微量As对AZ91合金组织和腐蚀行为的影响。研究发现,在AZ91合金中,α相和β相在腐蚀行为中起着重要作用。含As的铸态AZ91合金中含有β相Mg17Al12和Mg3As2相。随着As含量的增加,β相不连续程度增加。β相在T4合金中溶解到α基体中,时效后沿晶界再析出,不同冶金条件下的耐蚀性大小顺序为T6>铸态>T4。另外,As很容易与富Fe相结合抑制HER,从而大大降低了阴极动力学。与此同时,尽管文章中主要是针对AZ91合金,该方法有望在不同Mg合金等其他商用合金中得到广泛运用。这项技术如果得以推广,将有利于获得性能优异的耐蚀性镁合金,从而扩大镁合金的应用范围。(文:冯冯)

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