Y和Gd含量对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金组织与性能的影响

活性稀土元素Y在镁合金熔炼过程中极易形成Y2O3夹杂,降低含Y镁合金铸件的合格率,已成为含Y镁合金推广应用的瓶颈之一。以Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金为研究对象,在保持稀土总质量分数不变的前提下,用Gd来部分替代Y,研究了Mg-xGd-(12-x)Y-0.5Zn-0.5Zr(x=9,10,11,12)合金的微观组织与力学性能。结果表明,铸态合金相组成主要为α-Mg基体和(Mg,Zn)_5(Gd,Y)共晶相,经固溶处理后,第二相基本完全固溶,残余第二相粒子为Mg5Gd、Mg3Gd或Mg2Gd相;在225℃下,含Y的镁合金在16h即可达到峰值硬度,而Mg-12Gd-0.5Zn-0.5Zr合金在64h时才达到硬度峰值,且峰值硬度明显低于其他含Y的镁合金;在铸态、固溶态和峰时效态下,Mg-9Gd-3Y-0.5Zn-0.5Zr和Mg-12Gd-0.5Zn-0.5Zr合金的伸长率较低。     

稀土元素Gd对Mg-Zn-Zr镁合金组织和性能的影响

通过砂型铸造制备Mg-5Zn-0.6Zr和Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr合金,并通过XRD、OM、SEM和EDS以及拉伸试验研究合金化稀土元素Cd对Mg-5Zn-0.6Zr合金铸造组织和力学性能的影响.结果表明:合金Mg-5Zn-0.6zr铸态组织由a-Mg和MgZn2等合金相组成.经固溶处理后,共晶组织全部溶入基体,晶界消失;添加合金化元素Gd后,试验合金Mg-5Zn-Gd-0.6Zr的晶粒显著细化,晶界处析出Mg-Zn-Gd三元相,在晶界析出相的周围均有大量弥散的颗粒状析出物,经固溶处理后,晶界处仍有未溶的化合物存在,但连续网状的Mg-Zn-Gd三元相分解为孤立的颗粒状或者长条状;在铸态下,合金Mg-5Zn-0.6Zr的力学性能优于Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr.但经T4和T6态热处理后,合金Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr的屈服强度和延伸率优于Mg-5Zn-0.6Zr.随着温度的升高,合金Mg-5Zn-0.6Zr 的抗拉伸强度显著下降,而Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr的力学性能在高温区均优于Mg-5Zn-0.6Zr.     

Y含量对Mg-Zn-Gd-Y-Zr生物镁合金组织及性能的影响

采用X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)等研究了 Y含量对铸态Mg-1.8Zn-1.8Gd-xY-0.4Zr合金的组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响.结果表明:合金的组织主要由α-Mg基体、(Mg,Zn)3(Gd,Y)相、Mg12Zn(Gd,Y)相以及Mg3Zn3(Gd,Y)2相组成;随着Y含量的增加,Mg12Zn(Gd,Y)相逐渐增多.当Y含量在1～4 mass％范围内,合金的力学性能及耐腐蚀性能均呈先上升后下降趋势,在Y含量为2 mass％时,Mg-1.8Zn-1.8Gd-2Y-0.4Zr合金的综合性能较好,其抗拉强度达最大值,为(187.4±5.6)MPa,屈服强度和伸长率分别为(101.8±4.5)MPa和(16.7±0.9)％,质量损失腐蚀速率达最小值,为 0.859 mm/year.     

稀土Y对Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr镁合金生物腐蚀性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)研究稀土Y对Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr生物镁合金显微组织的影响,通过析氢、质量损失测试及电化学方法研究Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr镁合金在模拟体液(SBF)中的生物腐蚀性能。结果表明:稀土Y的添加使得镁合金中析出相由连续分布变为断续状,分布趋于均匀,出现新的片状析出相Mg24Y5。稀土Y能使镁合金的耐生物腐蚀性能得到提高。添加1%的Y时,镁合金腐蚀速度最低为1.051 mm/a,仅为基础合金的40.81%。     

Zn含量对Mg-xZn-3Y-0.7Zr合金组织和性能的影响

采用低压铸造制备了Mg-xZn-3Y-0.7Zr合金,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、热分析仪等设备,研究了Zn含量对合金微观组织的影响,并通过热处理工艺来改善合金微观组织中的第二相分布,从而提高合金的力学性能。结果表明,Mg-5Zn-3Y-0.7Zr合金主要含有α-Mg和W-Mg3Zn3Y2相,其中W相呈网状在晶界上分布;当Zn含量为8%时,铸态组织中树枝晶明显增多,并且出现了I-Mg3Zn6Y相;热处理后I相消失,网状分布的W相被打断,在三角晶界处仍有鱼骨状片层共晶组织。Mg-5Zn-3Y-0.7Zr合金铸态抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为223.8MPa、124.9MPa和7.3%,经过T6处理后提升效果不明显,而Mg-8Zn-3Y-0.7Zr合金在铸态时力学性能较差,经过T6处理后其抗拉强度、屈服强度和伸长率为263.3 MPa、207.9 MPa和2.2%。Mg-5Zn-3Y-0.7Zr合金的断裂机制为准解理断裂,断口处有发生塑性变形而出现的撕裂棱。Mg-8Zn-3Y-0.7Zr合金的断裂机制主要为解理断裂,并没有发现韧窝。     

半固态等温处理Mg-Zn-Y合金微观组织演变

研究了挤压Mg-2Zn-x Y(x=0.5,1,2,at%)合金在半固态等温处理过程中的微观组织演变规律。结果表明:3种Mg-2Zn-x Y合金中,挤压Mg-2Zn-1Y合金中α-Mg基体晶粒尺寸最小,挤压Mg-2Zn-2Y合金中出现了大量的孪晶;当半固态等温时间为10 min时,随着等温温度的升高,Mg-2Zn-x Y合金中α-Mg固相晶粒均逐渐趋于球化,且α-Mg固相颗粒逐渐分离,晶界处的液相和晶内液池体积分数均明显增加;随着580℃等温时间的延长(≤30 min),Mg-2Zn-0.5Y合金微观组织演变以Ostwald熟化机制为主,而Mg-2Zn-1Y和Mg-2Zn-2Y合金微观组织演变过程中Ostwald熟化机制和固相颗粒熔化机制同时起主导作用。     

高强Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的微观组织和力学性能

通过金属模铸、热挤压和时效处理(T5)工艺过程制备出高强Mg-7Gd-4Y-1.6Zn-0.5Zr合金,并利用光学显微镜、XRD、SEM及TEM分析研究Mg合金不同状态下的显微组织和力学性能。结果表明:Mg-7Gd-4Y-1.6Zn-0.5Zr合金的铸态组织主要由α-Mg基体和沿晶界分布的片层状第二相Mg12Zn(Gd,Y)组成,经过热挤压变形后,合金晶粒显著细化,时效处理过程中Mg12Zn(Gd,Y)相上析出少量细小的颗粒状Mg3Zn3(Gd,Y)2相。时效态合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到446 MPa、399 MPa和6.1%,其强化方式主要为细晶强化和第二相强化。     

汽车变速器壳体镁合金Mg-Zn-Er-X的铸态组织与性能研究

在汽车用镁合金Mg-3Zn-0.8Er中分别添加合金元素Sr、Y,并进行了显微组织、物相组成、力学性能和耐腐蚀性能的测试。结果表明:Mg-3Zn-0.8Er-0.2Sr由α-Mg相、Mg Zn2相、(Mg,Zn)4Er相和Mg17Sr2相组成,Mg-3Zn-0.8Er-0.2Y则由α-Mg相、Mg Zn2相、(Mg,Zn)4Er相、Mg3Y2Zn3相和Mg12YZn相组成。与商用AZ31镁合金相比,Mg-3Zn-0.8Er-0.2Y的室温抗拉强度较商业AZ31镁合金增加96 MPa,室温伸长率增加6.3%,盐雾腐蚀100h后的质量损失率下降6.3%。     

Zn和SiC_p对挤压铸造镁合金组织和性能的影响

根据微观结构及物相分析、静态失重法、极化曲线试验,研究了Zn及SiC_p对镁合金组织和性能的影响。结果表明,相比于Mg-8Zn-0.6Zr,Mg-12Zn-0.6Zr与SiC_p/Mg-12Zn-0.6Zr中Mg_7Zn_3相的含量及分布明显发生改变。对应的3种合金在90℃、3%的KCl溶液中的分解速率分别为2.30、5.62、7.24 mg·cm~(-2)·h~(-1)。分解过程中抗压强度随镁合金质量损失呈线性下降。分解速率提高的主要原因是α-Mg相的阳极溶解、微小粒子的脱离及腐蚀产物对分解过程无阻滞作用。     

铸造Mg-6Zn-(1-2)Y合金热压缩变形行为

通过常规铸造(金属型)制备了Mg-6.24Zn-1.88Y和Mg-5.96Zn-0.89Y合金。采用Gleeble-3500热模拟试验机在温度为150~350℃、应变速率为0.015~15 s-1条件下,对两种合金的热压缩变形行为进行了研究。结果表明,Mg-6.24Zn-1.88Y合金由α-Mg,I-Mg3YZn6和Mg6.8Y0.35Zn2.81相组成,Mg-5.96Zn-0.89Y合金由α-Mg,I-Mg3YZn6和Mg12YZn相组成;增强相多以"共晶组织"形式和杆状分布在α-Mg枝晶间,Mg-6.24Zn-1.88Y合金增强相较多、且组织较细。150℃变形时孪生起着重要的作用,250℃变形机制由孪生向再结晶逐渐过渡,350℃再结晶是主要的变形机制。在相同形变条件下,含增强相较多、且组织较细的Mg-6.24Zn-1.88Y合金具有较高的应力水平。增强相在热压缩过程中易被破碎、球化,沿流变方向分布。     

固溶处理态Mg-Nd-Gd-Sr-Zn-Zr生物镁合金的组织与均匀腐蚀行为

对Mg-(4-x)Nd-xGd-0.3Sr-0.2Zn-0.4Zr(质量分数,%,x=0, 1和3)镁合金进行了固溶处理。采用扫描电镜、能谱分析仪和X射线衍射仪研究了合金的显微组织与物相。利用失重和析氢法测试了合金在模拟体液中的腐蚀速率,并观察了合金的腐蚀形貌。结果表明,含1%Gd的合金晶粒最细小,且第二相较为连续地分布在基体周围,腐蚀速率也最低;而含3%Gd的合金晶粒最粗大,腐蚀速率最快。3种合金的腐蚀形貌较为均匀,是理想的生物可降解材料。     

Ca、Mn元素对Mg-Zn系合金在磷酸盐缓冲液中腐蚀行为的影响

采用XRD、SEM、EDS、三维轮廓仪和失重法等手段研究了Mg-6Zn、Mg-6Zn-1Ca和Mg-6Zn-1Mn合金在磷酸盐缓冲盐溶液(PBS)中的腐蚀行为,并探讨了3种合金的腐蚀机理。结果表明,添加相同含量的Ca和Mn均能使合金的失重率(W_r)降低,但添加Mn元素后(浸泡10d时W_r=3.91%)比添加Ca元素后(W_r=6.78%)合金的失重率更低,说明Mn元素更有抗PBS腐蚀能力,这与Mn的加入在合金表面形成致密的氧化膜有关;同时,Mg-6Zn-1Mn合金在浸泡过程中表面存在点蚀现象,经分析是由第二相与基体构成原电池导致。在420℃不同保温时间(2～20 h)固溶处理后,合金表面的点腐蚀现象随着保温时间的增加而减弱,表明长时间的固溶处理可以减少第二相与镁基体之间的微电偶腐蚀,增加了合金均匀腐蚀的倾向。     

Effect of ageing treatment on microstructures,mechanical properties and corrosion behavior of Mg-Zn-RE-Zr alloy micro-alloyed with Ca and Sr

Effects of ageing treatment on the microstructures, mechanical properties and corrosion behavior of the Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr-xCa-ySr [x=0, 0.2 (wt.%), y=0, 0.1, 0.2, 0.4 (wt.%)] alloys were investigated. Results showed that Ca or/and Sr additions promoted the precipitation hardening behavior of Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr alloy and shortened the time to reaching peak hardness from 13 h to 12 h. The maximum hardness of 77.1±0.6 HV for the peak-aged Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr-0.2Ca-0.2Sr alloy was obtained. The microstructures of peak-aged alloys mainly consist of α-Mg phase, Mg₅₁Zn₂₀ phase and ternary T-phase. The Zn-Zr phase is formed within the α-Mg matrix, and the Mg₂Ca phase is formed near T-phase due to the enrichment of Ca in front of the solid-liquid interface. Furthermore, fine short rod-shaped β′₁ phase is precipitated within the α-Mg matrix in the peak-aged condition. The peak-aged Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr-0.2Ca-0.2Sr alloy exhibits optimal mechanical properties with an ultimate tensile strength of 208 MPa, yield strength of 150 MPa and elongation of 3.5%, which is mainly attributed to precipitation strengthening. In addition, corrosion properties of experimental alloys in the 3.5wt.% NaCl solution were studied by the electrochemical tests, weight loss, hydrogen evolution measurement and corrosion morphology observation. The results suggest that peak-aged alloys show reduced corrosion rates compared with the as-cast alloys, and minor additions of Ca and/or Sr improve the corrosion resistance of the Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr alloy. The peak-aged Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr-0.2Ca-0.2Sr alloy possesses the best corrosion resistance, which is mainly due to the continuous and compact barrier wall constructed by the homogeneous and continuous second phases.

     

Microstructure characterization and effect of extrusion temperature on biodegradation behavior of Mg-5Zn-1Y-xCa alloy

Microstructure and biodegradation behavior of as-cast and hot extruded Mg-5Zn-1Y alloy containing different amounts of calcium (0.0%, 0.1%, 0.5%, and 1.0%, mass fraction) were explored. The extrusion process was conducted at three different temperatures of 300, 330, and 370 °C. Chemical composition, phase constitution, microstructure, and biodegradation behavior of the alloys were investigated. The macro- and micro-scopic examination revealed that the addition of Ca refines the grain structure and forms an intermetallic phase, Ca₂Mg₆Zn₃. The hot extrusion process resulted in breaking the intermetallic phases into fine particles routed to the extrusion direction. Moreover, dynamic recrystallization happened in almost all alloys, and more bimodal microstructure was formed in the alloys when the alloys were extruded at 370 °C. Polarization curves showed no passive region, which indicated that active polarization dominated in the alloys; therefore, grain refining through Ca addition and dynamic recrystallization over hot extrusion operation increased biodegradation rate. The results show that the as-cast Mg-5Zn-1Y-0.1Ca alloy provides the highest corrosion resistance, and the extruded Mg-5Zn-1Y-0.5Ca alloy at 300 °C shows the lowest biodegradation rate among the extruded alloys. Therefore, hot extrusion does not always improve the biodegradation behavior of magnesium alloys.     

挤压对Mg-5Li-5Al-0.6Y合金组织、力学性能和腐蚀行为的影响

对铸态Mg-5Li-5Al-0.6Y合金进行了热挤压,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了挤压对铸态合金物相和微观组织的影响。通过对挤压前后的合金进行室温拉伸试验和断口形貌分析,研究了挤压对合金力学性能的影响。通过析氢、质量减少、动电位极化曲线和电化学阻抗分析了挤压对合金腐蚀行为的影响。结果表明,挤压细化了Mg-5Li-5Al-0.6Y合金的晶粒,第二相沿挤压方向破碎成更细小弥散的颗粒,使合金的室温抗拉强度和伸长率分别提高至243.33 MPa和7.31%,合金的腐蚀速率(由质量减少计算得到)从17.60 mm·y^-1降低至8.41 mm·y^-1,提高了合金的耐腐蚀性能。     

Ce对Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金微观组织和耐蚀性的影响

为获得高强耐蚀的镁稀土合金,采用扫描电镜、X射线衍射分析、腐蚀失重法、电化学阻抗和动电位极化等研究了元素Ce对Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金微观组织和耐蚀性的影响。结果表明添加0.5% Ce后合金耐腐蚀性能较好,合金的腐蚀电流密度为不含铈合金的55.6%,腐蚀电位正移约141 mV。适量Ce元素的加入导致其他稀土元素在晶界处富集并呈网状分布,使第二相粒子尺寸变小,体积分数变大。     

GW93镁合金表面锡酸盐化学转化膜工艺研究

以锡酸钠为转化液主要成分对Mg-8.8Gd-3.1Y-0.6Zn-0.5Zr(GW93)镁合金进行无铬化学转化表面处理,通过全浸法评价转化膜在pH为中性的3.5%NaCl(质量分数)溶液中的腐蚀性能,利用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析转化膜的微观形貌和相组成。结果表明,适用于GW93镁合金的锡酸盐转化膜的最佳工艺条件为:锡酸钠50 g/L,焦磷酸钠50 g/L,乙酸钠15 g/L,氢氧化钠5 g/L,柠檬酸3 g/L,碳酸钠20 g/L,转化温度80℃,转化时间15 min。转化膜主要组成为MgSnO3·3H2O。该工艺下形成的膜层为细小的、近球状颗粒堆积而成,表面均匀平整。腐蚀性能评价结果表明,未经锡酸盐化学转化的镁合金的平均腐蚀速率为6.1083 g·a-1·cm-2,经最佳化学转化成膜工艺处理后,该镁合金的平均腐蚀速率为0.1264 g·a-1·cm-2。抗腐蚀性能被提高了97.9%,说明该锡酸盐化学转化膜层可以有效地提高镁合金的耐腐蚀性能。     

Mn添加对挤压态Mg-Zn-Y-Nd合金微观组织和腐蚀行为的影响

通过光学显微镜,配备能量色散光谱仪的扫描电子显微镜,X射线衍射仪,浸泡法和电化学测试的方法研究了Mn的添加对挤压Mg-Zn-Y-Nd合金在3.5wt.％NaCl溶液中的微观组织和腐蚀行为的影响。结果表明,在研究的Mg-Zn-Y-Nd合金中添加Mn可以诱导Mg3Y2Zn3（I相）沉淀,可以抑制热挤压过程中动态再结晶（DRX）晶粒的粗化。同时,添加了Mn也可以提高合金的耐腐蚀性。不含Mn的Mg-5.6Zn-1Y-0.4Nd合金与含锰1.0 wt.％的Mg-5.6Zn-1Y-0.4Nd合金腐蚀速率分别为18.78 mm·y-1和9.89mm·y-1。而耐腐蚀性的提高主要归因于腐蚀产物层保护性的增强。     

往复挤压对Mg-0.85Zn-0.15Y-0.6Zr铸态组织和力学性能的影响

研究了往复挤压对准晶增强Mg-0.85Zn-0.15Y-0.6Zr铸态合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,往复挤压可大幅度细化Mg-0.85Zn-0.15Y-0.6Zr铸态合金组织,且使I相等相对均匀地分布在α-Mg基体中。同铸态合金相比,挤压后Mg-0.85Zn-0.15Y-0.6Zr合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别提高了75.8%,43.2%和35%。     

Zr与固溶处理对Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce合金耐腐蚀性能的影响

以Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce合金作为研究对象,分别进行合金化和固溶处理,研究Zr的添加及固溶处理对镁合金Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce耐腐蚀性能的影响,并探究合金化和热处理对镁合金耐腐蚀性能影响机理.结果表明:Zr的加入和固溶处理均有效提高了材料的耐腐蚀性,其中Mg-1.5Zn-0.5Ca-0....