熱處理工藝對擠壓態(tài)Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金耐腐蝕性能的影響

嚴安慶

(宜昌測試技術(shù)研究所,湖北宜昌 443003)

熱處理工藝對擠壓態(tài)Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金耐腐蝕性能的影響

嚴安慶

(宜昌測試技術(shù)研究所,湖北宜昌 443003)

采用金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)、X射線衍射分析、析氫法及動電位極化曲線,研究了不同熱處理工藝對擠壓態(tài)Mg-12Gd-3Y-0.6Zr鎂合金顯微組織和腐蝕性能的影響。實驗結(jié)果表明合金T4態(tài)耐蝕性最好,經(jīng)T5、T6處理耐蝕性變差。

Mg-12Gd-3Y-0.6Zr鎂合金;熱處理;耐蝕性

Mg-Gd-Y-Zr系合金是一種重要的高強耐熱鎂合金,成為近年來鎂合金研究的熱點之一。國內(nèi)外學(xué)者對Mg-Gd-Y-Zr系合金已經(jīng)做了很多系統(tǒng)性的研究,開發(fā)出的高強鎂合金材料,在軍事和國防工業(yè)等高尖端領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景[1～4]。經(jīng)常規(guī)擠壓變形制備的Mg-Gd-Y-Zr系合金棒材有優(yōu)異的性能,但其耐腐蝕性能的研究少見報道。本文以Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金(簡稱GW123鎂合金)為研究對象,研究了不同熱處理條件對擠壓態(tài)合金組織和耐腐蝕性能的影響,以期為進一步研究該合金的組織性能與工藝的相互關(guān)系提供實驗參考。

1 實 驗

1.1 實驗材料

實驗材料選用Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金,其化學(xué)成分列于表1。采用氣體+熔劑的混合保護,鑄成Φ180 mm的圓錠后進行530℃/24 h均勻化處理,空冷至室溫。由Gleeble-1500熱模擬試驗機提供實驗依據(jù),確定熱加工參數(shù)。一次擠壓前鑄錠要充分加熱保溫,將合金從Φ180 mm變形至Φ45 mm,擠壓比為16,擠壓溫度為460℃。對擠壓態(tài)合金進行T4、T5、T6熱處理,具體工藝列于表2。

表1 GW123鎂合金的化學(xué)成分

表2 擠壓態(tài)合金的熱處理制度

1.2 實驗方法

腐蝕速率采用失重法和析氫法相結(jié)合的方法測定,腐蝕介質(zhì)為3.5%NaCl溶液,實驗溫度為室溫(25℃),試樣表面經(jīng)金相砂紙逐級打磨后,用丙酮溶液超聲波清洗、吹干,并用十萬分之一電子天平稱重后,懸掛在體積為400 mL的腐蝕溶液當中,每隔24 h記錄滴定管內(nèi)氣體的體積,計算其腐蝕速率。試樣分別于24 h,48 h,72 h,96 h后取出用20% CrO3+1%AgNO3溶液清洗腐蝕產(chǎn)物,并用無水乙醇和二次去離子水沖洗表面,熱風吹干后稱重,計算腐蝕失重和自腐蝕速率,取三次平行試驗的平均值作為結(jié)果。采用POLYVAR-MET金相顯微鏡拍攝樣品腐蝕后表面和洗去腐蝕產(chǎn)物后的宏觀整體形貌。

極化曲線的測定在CHI660電化學(xué)工作站上進行,采用標準三電極體系,Pt為輔助電極,飽和甘汞電極為參比電極,試樣工作面積為1 cm2,電解質(zhì)為3.5%NaCl溶液,掃描范圍-1.8～+0.2 V,掃描速度10 mV/s,測試溫度25℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 基體形貌

一次擠壓態(tài)合金經(jīng)T4、T5和T6處理后的光學(xué)顯微組織如圖1所示。合金經(jīng)525℃/8 h固溶處理(T4)后的光學(xué)顯微組織如圖1(b)所示,晶粒尺寸較擠壓態(tài)合金(圖1(a)所示)明顯變大。圖1(c)和圖1(d)表明合金經(jīng)T5及T6處理后晶粒大小較擠壓態(tài)不明顯。

圖1 不同熱處理態(tài)Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金的光學(xué)顯微組織

2.2 腐蝕形貌

圖2為不同熱處理態(tài)Mg-12Gd-3Y-0.6Zr鎂合金在3.5%NaCl溶液浸泡2 d后的宏觀腐蝕形貌。圖2(a)表明擠壓態(tài)合金僅有部分較深腐蝕坑,而經(jīng)T4處理后(圖2(b))合金表面基本未被腐蝕,經(jīng)T5及T6處理后(圖2(c)和圖2(d))表面腐蝕程度較深,有大量的腐蝕產(chǎn)物,且在邊緣處存在深腐蝕坑,故T4態(tài)合金耐腐蝕性能最好。

圖2 不同熱處理態(tài)Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金的宏觀腐蝕OM形貌

不同熱處理態(tài)Mg-12Gd-3Y-0.6Zr鎂合金在3.5%NaCl溶液浸泡7 d后的微觀腐蝕形貌如圖3所示。該合金經(jīng)擠壓后(圖3(a))腐蝕產(chǎn)物疏松,不能阻擋進一步的腐蝕,經(jīng) T4處理后(圖3(b))腐蝕產(chǎn)物層致密,能有效地保護內(nèi)部鎂合金不受腐蝕,而經(jīng)T5、T6處理(圖3(c)和圖3(d))有大量方塊相生成,割裂基體,易發(fā)生腐蝕,且腐蝕產(chǎn)物疏松,不利于阻擋腐蝕。

圖3 不同熱處理態(tài)Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金的微觀腐蝕SEM形貌

2.3 耐蝕性能

不同熱處理狀態(tài)Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金采用析氫法測試耐腐蝕速率,根據(jù)鎂腐蝕機理,鎂合金在水溶液中主要發(fā)生如下反應(yīng):

式(1)表明,每溶解一個鎂原子就會產(chǎn)生一個H2分子。所以測量腐蝕過程中析出的氫氣體積,就可算出被腐蝕鎂的量。換算結(jié)果表明:1 L析出氣體近似為1 g鎂或鎂合金被腐蝕[5]。擠壓態(tài)及 T4、T5、T6態(tài)合金在3.5%NaCl溶液中浸泡7 d的平均腐蝕速率分別為/mg·(cm2·d)-1:7.922×10-4、5.281 4×10-5、1.697 6×10-3、1.433 5×10-3。由此說明T4態(tài)合金耐蝕性最佳,經(jīng)T5及T6處理后均較擠壓態(tài)耐蝕性下降。

不同熱處理態(tài)Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金在3.5%NaCl溶液中的極化曲線如圖4所示。極化曲線進行T afel擬合的結(jié)果列于表3?？梢钥闯?合金擠壓后經(jīng)T4處理較擠壓態(tài)合金腐蝕電流降低一個數(shù)量級,耐蝕性得到改善,而經(jīng)T5及T6處理耐蝕性均有不同程度下降,實驗結(jié)果與析氫法測試結(jié)果一致。

圖4 不同熱處理態(tài)Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金的極化曲線

表3 不同狀態(tài)合金極化曲線擬合結(jié)果

3 結(jié) 論

1.Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金擠壓后經(jīng) T4處理耐腐蝕性能得到提高,腐蝕電流較擠壓態(tài)降低一個數(shù)量級,優(yōu)于T5、T6處理。

2.Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金擠壓后經(jīng) T4處理腐蝕產(chǎn)物層較致密,有利于阻擋進一步腐蝕;而經(jīng)T5、T6處理有大量方塊相生成,割裂基體,易發(fā)生腐蝕,且腐蝕產(chǎn)物疏松,不利于阻擋腐蝕。

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[5] 宋光鈴.鎂合金的腐蝕與防護[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2006.209-223.

Effects of Heat-treatment Conditions on the Corrosion Behavior of Extrused Mg-12Gd-3Y-0.6Zr Alloy

YAN An-qing
(Yichang Measurement Institute,Yichang443003,China)

Optical microscopy(OM),scanning electronic microscopy(SEM),energy-dispersive spectroscopy (EDS),X-ray diffractometry(XRD),collecting gas,immersion test and potention dynamic polarization were used to investigate the corrosion behavior of extrused Mg-Gd-Y-Zr alloy in as-cast,solid solution and aging states.The results show that in the T4 state,the alloy has the best corrosion resistance,but the precipitation of second phases in T5 and T6 state deteriorates the corrosion resistance.

Mg-12Gd-3Y-0.6Zr alloy;heat treatment;corrosion resistance

TG146.2+2

A

1003-5540(2010)05-0031-03

嚴安慶(1972-),男,工程師,主要從事材料研究與開發(fā)工作。

2010-08-12