AZ91 压铸镁合金中铈对组织及电偶腐蚀性能的影响检测方案(电化学工作站)

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铸 造FOUNDRYJul.2006Vo1.55 No.7·689 · FOUNDRYVol.55 No.7·690· 针对 AZ91 压铸镁合金组织及电偶腐蚀性能的影响 宋雨来，刘耀辉，朱先勇，，于思荣，方世杰 (1.吉林大学材料科学与工程学院，吉林长春130025；2.吉林大学教育部汽车材料重点实验室，吉林长春130025) 摘要：采用微观分析、电偶腐蚀试验、极化曲线分析等方法对AZ91-xCe压铸镁合金(x=0，0.85，p，1.7%)的微观组织及电偶腐蚀行为进行了研究。结果表明：稀土Ce细化了a-Mg、3-Mgi7Al2相，在合金中形成针状和块状金属间化合物AlCes，通过优化合金微观结构，减少合金腐蚀表面的活性点，生成含有稀土氧化物的腐蚀产物膜，提高了AZ91镁合金的抗电偶腐蚀性能。 关键词：镁合金；饰；；微观结构；电电偶腐蚀 中图分类分：TG146.2*2； TG249.2 文献标识码：：A 文章编号：1001-4977(2006 07-0689-03 Effect ofCerium on Microstructure and Galvanic CorrosionResistance ofDie Cast Magnesium Alloy AZ91 SONG Yu-lail， LIU Yao-hui， ZHU Xian-yong，YU Si-rong’， FANG Shi-jie (1. School of Materials Science and Engineering， Jilin Univers ity， Changchun 130025，Jilin， China；2. Key Laboratory of Automobile Materials ofMinistry ofEducation， Changchun 130025， Jilin， China) Abstract： The microstructure and galvanic corrosion resistance properties of die cast AZ91-xCe(cerium) magnesium alloys were studied by microanalysis， galvanic corrosion test and analysis ofanodic polarization curves， where x is 0， 0.85， 1.7wt.%， respectively. The results indicate that Cesufficiently re fines a -Mg and B -Mgi7Al2 grains， forms intermetallics Al Ces in needles and particlesin AZ91 and improves the galvanic corrosion resistance of AZ91 due to optimization of alloymicrostructure， decrease of active pointss on surface and formation of corrosion product filmscontaining Ce oxide. Key words： magnesium alloy； cerium； microstructure； galvanic corrosion 镁合金零件具有重量轻，比强度及比刚度高、导热性好、电磁屏蔽能力强，，减振性优良以及易于切削加工和回收再生等优点，在各种机械上具有十分广阔的应用前景"。随着对汽车、摩托车等行走机械的轻量化、节能、环保和生态环境等要求的日益提高，镁合金在汽车等交通工具上的应用也越来越受到重视，特别是AZ91镁合金。但AZ91合合金的抗腐蚀性能，尤其是抗电偶腐蚀的能力远低于钢、铝等合金。这是因为镁在金属电偶序中是最活泼的金属之一，镁合金零件与其他金属连接时总是充当活泼的阳极而最先受到腐蚀。在镁合金的实际应用中，由于机械结构和导电性的要求，金属零件间的直接接触是无法完全避免的。因此，采用稀土元素合金化方法，通过改善合金的微观组织提高AZ91合金本身的抗电偶腐蚀的能力是解决上述问题的最直接、最有效的途径之一35。目前，这方面的研究多采用混合稀土对AZ91镁合金进行合金化改性处理，分析混合稀土(Ce， Pr， La，.Nd等) 对合 金在腐蚀介质中自腐蚀行为的影响，，.此种方法有如下不足：混合稀土( Ce， Pr， La，Nd等) 中各个元素相互影响，，导致对稀土元素在合金腐蚀过程中的行为和作用认识模糊；研究多局限于合金自腐蚀行为，研究结果对电偶腐蚀行为没有直接指导意义。本研究为考察单一稀土Ce的影响和作用机制，以AZ91为基体合金，稀土Ce以Mg-Ce中间合金的形式加入，通过控制中间合金的加入量可以容易地制备出AZ91-xCe系列合金。中间合金熔点较低，稀土成分单一，有效避免了高温熔炼对基体合金成分的破坏，消除了Pr， La， Nd等元素对Ce元素作用机理研究的干扰。采用扫描电镜(SEM)观察微观组织、ICP-AES测定成分、测定极化曲线、电偶腐蚀试验等研究方法，对AZ91-xCe合金铸态微观组织、电偶腐蚀行为进行观察分析，探讨Ce对AZ91合金组织和抗电偶腐蚀性能的影响规律，评价AZ91-xCe合金的抗腐蚀性能。 ( 基金项目：吉 林 省科技发展重大项目(编号：20040315)。收稿 日期 ：2005-11-03收到初稿，2006-03- 1 0收到修订稿。 ) ( 作者简介：宋雨来(1974-)，男，吉林省长春市人，博士研究生，主要从事镁合金腐蚀与防护，新型镁合金及其复合材料的研究与开发。 电话：04 3 1-5095862， E-mail： songyulai2005@163.com ) 1 试验方法 1.1 合金制备 将AZ91HP合金，，电解Zn(99.9%，质量分数， 下同)，纯Al(99.7%)，按比例混合后放入等静压石墨出埚中，升温至700℃熔化，在420℃以上通入混合气体[比例为： CO2+( 0.002-0.005) %SF1 保护，待完全熔化后，按合金成分要求加入Mg-Ce 中间合金(79.8%Mg， 20%Ce， 0.2%Mn)，静止10 min，熔体温度保持在690~700℃，吹入高纯氩(5L/min)精炼5 min。如遇起燃，加少量RJ6阻燃。精炼完毕后，静止10min，温度降至670℃扒渣，压铸成型。压铸件形状为重10mm×100mm的圆棒，合金成分见表1。 表1 AZ91-xCe合金成分 Table 1 The component of AZ91-xCe alloys wB(%) 合金 Al Zn Mn Fe Si Ce Mg AZ91 7.59 0.72 0.12 0.002 6 0.027 余量 AZ91-0.85%Ce 7.67 0.75 0.14 0.001 2 0.019 0.84 余量 AZ91-1.70%Ce 7.64 0.74 0.21 0.0002 0.025 1.69 余量 1.2 微观组织观察 将合金试样表面抛光并用超声波清洗后，用浓度为2%的HNO酒精溶液腐蚀，，采用JSM-5310 SEM观察合金表面形貌，采用D/MAX2500X-射线衍射仪分析合金相组成。 1.3 电偶腐蚀及极化曲线测定 AZ91-xCe合金试样(阳极)经电火花切割成成10mm×0mm的圆柱体，表面抛光后留出留个=10 mm的圆形工作面，其余部分用环氧树脂封闭。将45钢(阴极) 制成刘20mm×0mm的圆柱体，并进行表面处 图1AZ91-xCe压铸镁合金的SEM、XRD Fig I SEM and XRD of die cast magnesium alloys AZ91-xCe 2.2Ce对AZ91电偶腐蚀的影响 从表2中看出， AZ91-xCe合金，开路腐蚀电位随着稀土Ce含量增加而升高。与45钢偶接24h后，合金电偶电位随稀土Ce含量的增加而升高，电偶电流相应有较大幅度的降低，当Ce含量较高时(1.7%)，合金腐蚀电流的下降更为明显，体现了AZ91-1.7%Ce镁合金 良好抗电偶腐蚀性能。从合金表面腐蚀形貌(见图2看出，AZ91合金发生了严重的局部腐蚀，表面存在深的腐蚀坑和宽而长的腐蚀蚀纹，证明AZ91抗电偶腐蚀性能较差。AZ91-1.7%Ce合金没有严重的局部腐蚀发生，表面相对较平坦，腐蚀坑较浅，腐蚀裂纹变短且宽度较窄，表现出良好的抗电偶腐蚀性能。 图2AZ91-xCe压铸镁合金腐蚀表面SEM Fig.2 The corrosion surface SEM of die cast magnesium alloys AZ91-xCe 表2 在0.1 mol NaCl饱和 Mg(OH)2溶液中， AZ91-xCe压镁合金与45钢偶接24h后电偶腐蚀数据 Table 2 The data of galvanic corrosion of die cast magnesiumalloys AZ91-xCe coupled with 45 steel in 0.1 molNaCl solution saturated with Mg(OH) after 24 h 合金 开路腐蚀电位Ecor/V 即电偶电位E/V电偶 电偶电流I/uA AZ91 -1.54 -1.26 2425 AZ91-0.85%Ce -1.45 -1.24 1932 AZ91-1.7% Ce 1.40 1.18 1010 图3是AZ91-xCe合金极化曲线，表明在0.1molNaCl饱和Mg(OH)2溶液中，当极化电位较低时(约-1.3V)， AZ91-0.85%Ce、AZ91-1.7%Ce合金表现出较高的极化阻抗，后者在-1.4~-1.3V电位区间内表现出较强的钝化特性，，与AZ91相比， AZ91-0.85%Ce、AZ91-1.7%Ce合金电流密度有较大幅度的降低，表现出良好的抗腐蚀性能。当当化电位较高时(约-1.1V，AZ91-0.85%Ce与AZ91的极化曲线基本重合，表明在此条件下，前者不能具有更好的抗腐蚀性能。但AZ91-1.7%Ce的电流密度仍明显低于AZ91合金。说明在电偶腐蚀条件下， AZ91-1.7%Ce合金在较宽的极化电位范围内均表现出良好的抗腐蚀性能，这与本电偶腐蚀试验结果相一致。稀土Ce提高AZ91镁合金抗电偶腐蚀性能机理主要表现现：稀土Ce能降低AZ91合金中a和β相的几何尺寸，细化晶粒，促进合金元素在合金中的均匀分布，减少有害元素及夹杂的含量和气孔率图。 图3 在0.1mol NaCl饱和 Mg(OH)：溶液中，AZ91-xCe压铸镁合金的阳极极化曲线 Fig.3 The anode polarization curves of die cast AZ91-xCe in 0.1 mol NaClsolution saturated with Mg(OH) 在上述因素的综合作用下，合金腐蚀表面各相之间的电位差降低，腐蚀表面的活性点减少闯，使合金自身的抗腐蚀性能得以提高。在电偶腐蚀过程中，AZ91腐蚀表面生成的腐蚀产物膜主要由Mg、Al的氧化物和氢氧化物构成110-111。由于Mg、Al氢氧化物膜不够致密，在Cl溶液中的抗穿透性较低，使腐蚀产物膜对基体合金的保护作用很弱。AZ91-xCe合金的产物膜中含有较高含量的稀土氧化物，提高了膜的致密性，在一定程度上阻碍了Cl的渗透过程，增强了对基体合金的保护，提高了合金的抗电偶腐蚀性能[2-13]。 3 结论 (1 在压铸镁合金AZ91中加入稀土Ce，细化了合金组织，生成了新的金属间化合物AlCes，3，使合金腐蚀表面的活性点减少，提高了合金的耐蚀性。 (2在电偶腐蚀过程中，AZ91-xCe合金表面生成了含有稀土氧化物的腐蚀产物膜，抑制了腐蚀过程的进行，使合金在较宽的极化电位范围内表现出良好的钝化性，提高了合金的抗腐蚀性能。 ( 参考文献： ) ( [1] ] 张津， 章 宗和.镁合金及应用[M].北京：化学工业出版社， 2004. ) ( [2] S ONG G L， B I RGIR J， SARATH H， e t al. 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