微观组织对AZ系铸造镁合金的腐蚀行为影响研究

耐腐蚀性能的提升有助于轻量化镁合金材料的进一步广泛应用。本文以AZ41和AZ91两种铸造镁合金为研究对象，采用XRD、OM、SEM、EPMA等手段表征分析微观组织，利用EIS测试了两种Mg-Al-Zn合金在0.1 M的Na Cl溶液中的耐蚀性能，结合宏微观腐蚀形貌探讨了微观组织对腐蚀行为的影响机制。研究结果表明，与AZ41合金相比，浸泡初期AZ91合金表面的氧化膜相对完整且化学稳定性更高，在腐蚀初期起到保护作用，AZ91合金浸泡初期的耐蚀性能优于AZ41合金；随浸泡时间延长，AZ41合金中连续网状的过饱和α-Mg+β-Mg₁₇Al₁₂共晶组织阻碍合金的腐蚀扩展；而AZ91合金中不连通的离异共晶β-Mg₁₇Al₁₂相与α-Mg基体耦合，造成明显的局部腐蚀现象。     

固溶处理AZ91-xCu合金的组织与腐蚀性能

以真空熔炼方法制备的AZ91-xCu(x=0、0.5、1、2)合金为研究对象,对其进行400 ℃保温12 h固溶处理,利用X射线衍射、扫描电镜、浸泡失重法及极化曲线测试等手段对合金的微观结构和腐蚀性能进行了研究。结果表明:铸态与固溶态AZ91-xCu合金基体主要由α-Mg与β-Mg₁₇Al₁₂相组成,Cu的添加使基体产生了Mg₂Cu、Cu₅Zn₈等相,其中固溶态AZ91-2Cu合金中出现了新相Al₂Cu;固溶处理时合金中的β-Mg₁₇Al₁₂相大量溶入基体,晶界明显,剩余第二相主要分布于晶界处,少量弥散分布于晶内;添加Cu与固溶处理均加快AZ91合金的腐蚀速率,其中固溶态AZ91-2Cu合金腐蚀速率最大。     

双级时效热处理ZM5合金的显微组织和力学性能

以ZM5合金为研究对象,通过显微组织分析和力学性能测试等手段,研究了其不同状态的显微组织和力学性能。结果表明,铸态ZM5合金中存在呈网状分布的粗大不规则块状β-Mg₁₇Al₁₂相;固溶处理后,β-Mg₁₇Al₁₂相溶入α-Mg基体中,仅有少量残余的AlMn相;经T6处理后,沿晶界析出片层状β-Mg₁₇Al₁₂相;经双级时效处理后,沿晶界析出片层状β-Mg₁₇Al₁₂相及在晶内析出细小的针片状β-Mg₁₇Al₁₂相。与铸态相比,热处理后ZM5合金的抗拉强度大幅提升;经双级时效处理后,其抗拉强度可达285MPa,比T6处理后的抗拉强度高20MPa。     

La-Ce混合稀土对AZ91D合金组织和性能的影响

以AZ91D镁合金作为研究对象,探究了La-Ce混合稀土含量对其组织性能的影响。结果表明:在AZ91D镁合金中加入混合稀土La-Ce后,铸态组织为网状β-Mg₁₇Al₁₂相及少量杆状稀土化合物。且随着稀土含量增多,β-Mg₁₇Al₁₂和杆状稀土化合物被细化。经固溶时效处理后,随稀土含量增加,试验合金伸长率增大,硬度和抗拉强度均先增后降,稀土含量为2.38%时,合金力学性能最佳。     

添加VN颗粒的铸态AZ91镁合金在NaCl溶液中的腐蚀行为（英文）

采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)技术和电化学实验研究铸态AZ91-xVN(x=0,0.25,0.5,1，质量分数，%)合金的显微组织和腐蚀行为。结果表明，VN对AZ91合金显微组织具有明显的细化和改性作用。随着VN颗粒的加入，AZ91合金的耐腐蚀性能先提高后降低。铸态AZ91-0.25VN合金具有最佳的耐腐蚀性能，其腐蚀速率最低(P_W=(1.47±0.06)mm/a)，这主要归因于其具有更多可作为腐蚀屏障的晶界。随着VN含量的进一步增加，合金中片状β-Mg₁₇Al₁₂析出相的量增加，由于β相与α-Mg基体易发生电偶腐蚀，合金的耐蚀性能逐渐降低。     

汽车发动机用AZ91D合金的表面改性设计与性能研究

对汽车发动机用AZ91D合金进行等离子喷涂和激光重熔改性处理,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、显微硬度计、电化学工作站研究了AZ91D合金基材和涂层的显微形貌、物相组成、摩擦磨损和耐腐蚀性能。结果表明,等离子喷涂涂层和激光重熔层的显微硬度相较于AZ91D合金基材有明显提高,提高幅度约为10倍和13倍,而过渡层的显微硬度介于基材和涂层之间;相同载荷下等离子涂层的摩擦系数要高于激光重熔层,AZ91D合金基材的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损,等离子喷涂涂层和激光重熔层的磨损机制为轻微磨粒磨损;等离子喷涂涂层和激光重熔涂层的耐腐蚀性能都要远优于AZ91D合金基材,由于具有致密均匀的涂层结构,激光重熔层具有最小的腐蚀倾向和腐蚀速率,耐腐蚀性能最好。     

Al含量对含稀土AZ系镁合金组织及性能的影响

以含稀土AZ系镁合金为基,制备了铝含量分别为5%、7%、9%的合金试样,并对其进行435 ℃×24 h固溶+200 ℃×24 h时效处理,对试样的铸态、固溶态和时效态的显微组织进行了观察,随后测定了试样时效后的力学性能以及耐蚀性能。结果表明,铸态镁合金组织主要为α-Mg+β-Mg₁₇Al₁₂+Al₁₁(La,Ce)₃和(La,Ce)Al₄;随着Al含量的增加,β-Mg₁₇Al₁₂和稀土化合物相增多,晶粒细化。固溶处理后,组织中的β-Mg₁₇Al₁₂相会逐渐溶解,随着Al含量的增多,溶解将会不完全,未溶的强化相β-Mg₁₇Al₁₂和稀土化合物相弥散分布在晶界及其附近处。时效处理后,随着Al含量的增加,组织中继续析出的β-Mg₁₇Al₁₂相增多,稀土化合物相尺寸细化。随着Al元素的增多,试样的抗拉强度和硬度逐渐增大,塑韧性则愈来愈差,耐腐蚀性越来越好。     

汽车发动机用AZ91合金的表面改性层及其性能

对汽车发动机用AZ91合金进行了等离子熔覆表面改性处理,对比分析了Al-Si涂层和Al-Si+Y涂层的显微组织和物相组成,并对改性层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能进行了比较。结果表明,Al-Si熔覆层主要含有α-Mg、Mg17Al12、Mg2Si和Al3Mg2相,Al-Si+Y熔覆层主要含有α-Mg、Mg17Al12、Al3Mg2、Mg2Si和Al2Y相;Al-Si和Al-Si+Y涂层的硬度都高于AZ91合金基体,Y元素的加入形成了细晶强化和弥散强化使得Al-Si+Y涂层具有较高的硬度;汽车发动机表面的耐磨性能从高至低依次为：Al-Si+Y涂层>Al-Si涂层>AZ91合金基材;等离子熔覆改性处理后的发动机缸体的耐腐蚀性能有所提高,其中Al-Si+Y涂层的耐腐蚀性能最好。     

AZ91合金的喷涂防护与性能研究

在AZ91合金基体上制备了纯Al_2O_3涂层和Al_2O_3-13wt.%TiO_2(简称AT13)复合涂层,研究了两种涂层的显微形貌、涂层厚度、物相组成、显微硬度和结合强度,并分析了等离子喷涂的作用机理。结果表明,Al_2O_3涂层和AT13涂层中的陶瓷涂层、中间Ni/Al粘结层和AZ91合金基材之间实现了机械冶金结合;Al_2O_3涂层主要由亚稳态的γ-Al_2O_3和少量的稳态α-Al_2O_3组成;AT13涂层的主要物相为Al_2O_3、TiO_2和Al_2TiO_5;无论是Al_2O_3+Ni/Al喷涂涂层还是AT13+Ni/Al喷涂涂层,其工作涂层和粘结层的显微硬度都要明显高于汽车发动机用AZ91合金基材;Al_2O_3+Ni/Al涂层的结合强度为15.49 MPa,而AT13+Ni/Al涂层的结合强度为20.46 MPa,且前者的断口特征为粘结层破断,而后者的断口特征为涂层层间破断。     

汽车发动机用AZ91合金表面喷涂与性能研究

采用等离子喷涂和激光重熔法在汽车发动机用AZ91合金表面制备了不同涂层,对比研究了涂层表面和横截面形貌、物相组成、显微硬度和电化学性能。结果表明,等离子喷涂层物相为:γ-Ni、FeNi_3、Ni_3B、WC、W_2C和Cr_7B_3,激光重熔层物相为γ-Ni、CrB、Ni_4B_3、WC、Cr_(23_B6和Cr_2B_3;显微硬度由高到低依次为:激光重熔层等离子喷涂层Ni/Al过渡层AZ91合金基材;等离子喷涂层和激光重熔层的耐腐蚀性能均高于AZ91合金基材,且激光重熔层的耐腐蚀性高于等离子喷涂层。     

Aluminum Electroplating on AZ31 Magnesium Alloy with Acetic Anhydride Pretreatment

Magnesium (Mg) alloys for metal electroplating require a surface pretreatment, i.e., the removal of the spontaneously oxidized surface layer (MgO, Mg(OH)₂, and MgCO₃). However, the use of highly toxic and/or corrosive acids in conventional pretreatment processes has become an issue. In this study, a facile and less toxic pretreatment is demonstrated and applied in aluminum (Al) electroplating. The immersion of the AZ31 Mg alloy into acetic anhydride (Ac₂O) removed the spontaneously oxidized surface layer and formed a thin but stable magnesium acetate (Mg(OAc)₂) layer that protects the metal substrate from further oxidation. The Al electroplating bath is a concentrated diglyme (G2)-AlCl₃ organic solution that can readily dissolve Mg(OAc)₂ to enable direct plating onto a metal substrate. The as-deposited Al layer has a compact and crack-free morphology that improves the corrosion resistance and hardness (2.7 GPa). Owing to the lack of an interfacial oxidized layer, heat treatment led to the successful diffusion of Mg and Al atoms, which increased the hardness to 4.4 GPa. The Ac₂O pretreatment of Mg alloys enables the successful Al electroplating and subsequent heat treatment.     

AZ91D镁合金激光熔覆Al-Si涂层微观组织及热力学分析

以Al-Si共晶成分合金粉末为熔覆材料在AZ91D镁合金表面进行了激光熔覆试验.采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪分析了涂层的微观组织,并利用Thermo-Calc软件分析了涂层的相组成、相成分及结晶转变过程.结果表明,涂层微观组织分为两层,上半层为Al₁₂Mg₁₇基体上均匀分布着Mg₂Si树枝晶和细小的Al₃Mg₂针状相,其结晶过程为液相→液相+Mg₂Si→Mg₂Si+Al₁₂Mg₁₇→Mg₂Si+Al₁₂Mg₁₇+Al₃Mg₂;下半层由Mg₂Si颗粒、α-Mg树枝晶和(α-Mg+Al₁₂Mg₁₇)共晶组织组成,其结晶过程为液相→液相+Mg₂Si→液相+Mg₂Si+α-Mg→Mg₂Si+α-Mg+(α-Mg+ Al₁₂Mg₁₇)共晶组织.研究结果对AZ91D合金表面激光熔覆Al-Si合金涂层微观组织及其转变过程分析具有指导意义.     

Surface alloying of an Mg alloy subjected to surface mechanical attrition treatment

A 100  200 μm thick Al-enriched surface alloyed layer was formed on an AZ91D Mg alloy subjected to surface mechanical attrition treatment and diffusion coating at temperature as low as 400 °C. Transmission electron microscopy observations indicated the formation of a large volume fraction of pearlite-like lamellar microstructure within the surface alloyed layer, which was identified to be Mg₁₇Al₁₂ precipitates (γ phase) in Mg solid solution matrix. The Al-enriched alloyed layer enhanced the wear resistance of the alloy in comparison with the un-treated AZ91D Mg alloy substrate under the same dry sliding wear condition. Examination of the worn surface indicated that the enhanced wear resistance of the alloyed layer was mainly attributed to the strengthening effect of γ phase.     

铝基非晶纳米晶复合涂层研究

采用自动化高速电弧喷涂系统,用自行研制的粉芯丝材,在AZ91镁合金基体表面上制备出Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)分析了Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的微观形貌和组织结构,结果表明Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层是由非晶相和纳米晶化相共同组成的,涂层结构致密,孔隙率约为1.8%.Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的平均显微Vickers硬度值为311.7 HV0 1,结合强度为26.8 MPa.涂层的抗磨损耐腐蚀性能优于Al涂层和AZ91镁合金基体;其相对耐磨性约为Al涂层的10倍,为AZ91镁合金的6倍;其自腐蚀电位值正于Al涂层及AZ91镁合金,自腐蚀电流密度值约为Al涂层的1/2,AZ91镁合金的1/5;其腐蚀后的表面形貌比Al涂层和AZ91镁合金平整,点蚀较少.Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的耐磨防腐综合性能优异.     

镍基合金激光熔覆-离子渗硫复合改性层组织性能

利用激光熔覆和离子渗硫技术在45钢表面制备复合改性层,采用SEM,EPMA,XRD等手段对比研究激光熔覆层和渗硫层的组织形貌、成分分布及相组成;并测试渗硫前后涂层的耐磨性和耐蚀性.结果表明,镍基合金涂层主要由γ-（Fe,Ni）,Fe_0.64Ni_0.36,M₂₃C₆,WC,M₇C₃和Fe₂B等物相组成,显微硬度达到740 HV0.2.渗硫后在激光熔覆层表面形成了以FeS为主的渗硫层,表面疏松多孔,由微纳米级的尖岛状颗粒堆砌而成.与熔覆层相比,复合改性层的摩擦系数和磨损量都显著降低,减摩和耐磨效果明显.渗硫后镍基合金激光熔覆层自腐蚀电位下降,腐蚀电流密度增大,耐蚀性略微降低.     

Mg-Gd-Y-Zr镁合金高速激光熔覆Al-Si涂层的组织与性能

采用高速激光熔覆技术在Mg-Gd-Y-Zr镁合金表面制备Al-Si涂层。通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)以及电化学分析测试、摩擦磨损测试对熔覆层的微观组织及性能进行表征,研究了基体与Al-Si涂层的冶金机理以及耐磨耐蚀能力。结果表明,熔覆层组织包括树枝状α-Mg固溶体、不规则块状Mg₂Si、α-Mg+Al₁₂Mg₁₇共晶以及花瓣状组织Al₃Mg₂。由于细晶强化和第二相强化等原因,Al-Si涂层的硬度达到160 HV0.1。此外,与镁合金基体相比,Al-Si涂层的耐腐蚀性能显著提高,自腐蚀电位相比基体提高约200 mV,自腐蚀电流密度降低2个数量级,抗磨损效果提高30.7%,因此Al-Si涂层有望成为稀土镁合金更有前景的耐磨耐蚀防护涂层。     

Characterization of anodic films formed on AZ91D magnesium alloy

Anodization of die-casted AZ91D magnesium alloy was performed in 3 M KOH+0.21 M Na₃PO₄+0.6 M KF base electrolyte with and without Al(NO₃)₃ addition. The anodic film was characterized by using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The corrosion resistance of the various anodized alloys was then evaluated in 3.5 wt % NaCl solution using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and immersion testing. The results showed that the anodic film was mainly composed of MgO. The addition of Al(NO₃)₃ into the base electrolyte results in the formation of Al₂O₃ and Al(OH)₃ in the anodic film. The maximum amount of Al₂O₃ was found in the anodic film when the alloy was anodized in the electrolyte containing 0.15 M Al(NO₃)₃. The results of EIS analysis and morphological examination showed that the MgO anodic film modified with Al₂O₃ exhibited the superior corrosiom resistance for AZ91D Mg alloy.     

激光表面强化对镁合金在模拟体液中腐蚀行为的影响

目的通过对镁合金表面进行激光强化处理,改善医用AZ91D镁合金在模拟体液中的耐腐蚀性能。方法采用不同脉宽的Nd:YAG脉冲激光对医用AZ91D镁合金表面进行处理,激光能量密度分别为28、23、18 J/mm~2,对激光处理后镁合金强化层的组成、显微结构、厚度、元素分布以及耐腐蚀性能等进行测试和分析。结果 AZ91D经过激光强化处理后形成致密的强化层,强化层中相的组成与基材相的组成相同,均由α-Mg和β-Mg_(17)Al_(12)组成,强化层的厚度达到300μm。Mg和Mg_(17)Al_(12)的X射线衍射峰均向低角度偏移(约0.2°),且镁合金表面晶粒均得到细化,β相的大小从平均55.705μm减小到平均6.447μm。EDS分析表明,经过激光处理后,Mg的质量分数由82.88%减少为70.13%,Al的质量分数由16.28%增加为28.08%,且Al的分布更均匀。激光处理后,镁合金在模拟体液中的电化学测试结果表明,镁合金的腐蚀电位从原来的-1274mV增加到-1215 mV,腐蚀电流密度从8.920×10~(-5) A/cm~2减小为8.826×10~(-6) A/cm~2,同时,阻抗也从原来的1000Ω增加到60 000Ω,可知激光强化镁合金的耐腐蚀性能较原始镁合金的耐腐蚀性能均有一定程度的改善。结论医用AZ91D镁合金在不同脉宽的Nd:YAG脉冲激光处理后,表面晶粒得到了细化,强化层中富集Al,在模拟体液中的耐腐蚀性能得到改善。     

电解液浓度对镁合金微弧氧化层耐蚀性与溶血率的影响

在电解液中加入 (NaPO₃)₆并在镁合金表面制备微弧氧化层,研究 (NaPO₃)₆浓度对镁合金微弧氧化层的影响.结果显示,微弧氧化层中含有MgO,Mg₂SiO₄,Mg₃(PO₄)₂等物质;随 (NaPO₃)₆浓度增加,微弧氧化层厚度增加,表面微孔孔径变大,当 (NaPO₃)₆浓度达到7 g/L时,微弧氧化层截面出现较明显的微裂纹;微弧氧化处理后的镁合金的耐蚀性明显高于基体的.当 (NaPO₃)₆浓度为5 g/L时其耐蚀性最佳;镁合金基体溶血率为72.3%,在不同浓度 (NaPO₃)₆下微弧氧化处理的镁合金溶血率均在1%~2.5%之间,溶血作用消除.