微量Ca和Sn对提高Mg–3Al–1Zn合金耐蚀性的作用

镁合金耐腐蚀性差极大限制了商用镁合金的广泛应用。微合金化是提高镁合金腐蚀性能最简单有效的方法。基于低成本合金成分设计，通过扫描开尔文探针力显微镜、析氢、电化学测试和腐蚀形态分析表征了含有微量 Ca 或 Sn 元素的商用 Mg–3Al–1Zn (AZ31) 合金的腐蚀行为。结果表明:在 AZ31 合金中，Al₂Ca/α-Mg和Mg₂Sn/α-Mg的电势差分别为 (230 ± 19) mV和(80 ± 6) mV，远低于Al₈Mn₅/α-Mg的电势差(430 ± 31) mV，即AZ31–0.2Sn合金的耐腐蚀性能最好，AZ31–0.2Ca 次之，而 AZ31 合金最差。此外，Sn溶入基体当中明显提高了α-Mg的电势，并在基体界面形成了致密的SnO₂膜，而Ca元素通过富集在腐蚀产物层当中，使得AZ31–0.2Ca/Sn合金的腐蚀产物层比AZ31合金更加致密、稳定和更具保护性。因此，含0.2wt% Ca或Sn元素的AZ31合金表现出优异的耐腐蚀性能，具有更全面的商业应用潜力。     

β-Mg17Al12相含量对AZ91镁合金腐蚀行为的影响

采用不同的时效工艺制备不同β-Mg17Al12相含量的AZ91镁合金.通过在重量百分比为3.5%的NaCl水溶液静态浸泡腐蚀实验研究β相对镁合金腐蚀行为的影响,通过腐蚀形貌、腐蚀失重率及电化学腐蚀电流、电位等进行验证实验.结果表明AZ91镁合金的腐蚀过程主要分为α-Mg的溶解、微电偶腐蚀、Mg(OH)2钝化膜的形成及β...     

超声铸造对AZ31镁合金铸锭及热轧板材组织与性能的影响

采用超声铸造方法制备AZ31镁合金铸锭,并对其组织性能进行研究.研究结果表明:超声铸造后AZ31合金铸锭晶粒尺寸平均值为140 μm,比常规铸造的铸锭品粒尺寸350 μm更细小,同时合金中第二相分布更加均匀弥散,这使合金铸锭的综合力学件能提高并有利于后续铸锭的热轧开坯.经过超声铸造的AZ31镁合金热轧后板材的品粒尺寸(5～30 μm)也比常规铸造锭坯热轧板材晶粒尺寸(40～60 μm)要细小,这使超声铸造AZ31镁合金热轧后板材的典型力学性能比常规铸造后热轧的合金板材的好,抗拉强度提高约18％,伸长率相当;超声铸造有利于细化AZ31镁合金晶粒,改善第二相在枝晶间的分布,提高合金的力学性能和加工变形能力.     

可溶性镁合金的制备及其性能

针对传统可溶性压裂球材质存在的缺点,采用铸造法制备性能优异的可溶性镁合金,系统研究了铝含量对可溶性镁合金组织、溶解性能及力学性能的影响.结果表明:可溶性镁合金组织由α-Mg和β-Mg17 Al12相组成,随着铝含量的增多,组织中β-Mg17 Al12相数量增多,呈连续网状分布于α相晶界处,并且α晶粒也变得粗大.可溶性镁合金在氯化钾(KCl)溶液中可自行溶解,且随KCl浓度的升高,溶解速率变大,在质量分数为3％的KCl中溶解性能最佳.随着铝含量的增加,可溶性镁合金的溶解速率变大,室温下溶解速率最高可达7.42 mg·h-1·cm-2.溶解产物粒度分析结果显示,中值粒径D50为38.691μm,溶解产物物相为Mg17 Al12和Mg(OH)2.可溶性镁合金的抗压强度最高可达430 MPa,变形量为3.0％时试样断裂,随着铝含量的增加,可溶性镁合金的塑性降低.     

高压固溶处理对AZ91D铸造镁合金组织的影响

采用高压设备对AZ91D铸造镁合金进行高压固溶处理,研究高压固溶处理对AZ91D铸造镁合金组织的影响。研究结果表明,高压固溶处理可显著细化AZ91D铸造镁合金的晶粒,平均晶粒尺寸为58μm。同时,在晶粒内部,可见互相平行或交叉的孪晶,孪晶的厚度为1~5μm。高压固溶处理后的组织仍由α-Mg和β-Mg17Al12相组成,但是β-Mg17Al12相主要是以颗粒状分布于晶界。     

均匀化退火对AZ31B镁合金组织与性能的影响

AZ31B镁合金铸态组织晶界处存在粗大的"骨骼"状Mg17Al12相以及凝固过程中产生的成分偏析,严重影响了铸锭的成形性能.为改善其成形性能,对铸态试样进行了均匀化退火试验,其保温温度为380,400,420 ℃以及保温时间为6,15,24 h.均匀化退火后Mg17Al12相呈细小的颗粒状分布在α-Mg基体上,枝晶偏析大部分得到消除,镁合金的塑性得到改善.根据均匀化退火后的组织与性能变化确定了最佳的退火工艺为400 ℃×15 h.     

面向生物医用的镁合金成分及凝固组织研究

通过对镁合金铸锭后显微组织的观察,结合SEM能谱分析,研究了Ca,Mn元素对镁合金组织的影响.研究发现,Mg-2.0Mn的显微组织是由基体组织(α-Mg)和点状析出的组织(α-Mn)组成;Mg-0.5Ca的显微组织是由(α-Mg)基体组织和非平衡结晶形成的Mg2Ca相组成.Ca,Mn对镁合金的组织均有细化作用,当同时加入Ca,Mn合金元素时,镁合金的显微组织会更加细小,晶粒趋于均匀圆整,同时第二相颗粒减少.其原因是:Ca提高了Mn与镁合金的润湿性,提高了Mn的溶解与扩散能力,温度降低Mn原子从合金中析出,为合金凝固提供了大量的晶核.     

Al涂层/AZ91镁合金复合铸造界面的研究

对型芯预喷涂一层Al涂层,将AZ91镁合金液浇注到铸型中实现基体和涂层的结合,对凝固后的结合界面组织和相组成进行分析。结果表明,AZ91镁合金液和Al涂层表面的氧化物发生反应,实现了界面间的润湿,形成冶金结合界面。该界面包含3个扩散层:镁合金基体一侧为(Al₁₂Mg₁₇+δ_Mg)共晶组织;中间层为Al₁₂Mg₁₇金属间化合物;Al涂层一侧为Al₃Mg₂金属间化合物,并弥散分布着一些氧化物。试验结果证明,通过复合铸造的方法可以实现Al涂层和镁合金基体的冶金结合。     

高压处理对AZ91D镁合金组织及力学性能的影响

使用六面顶压机对AZ91D镁合金进行高压处理,研究了处理前后合金的压缩力学性能和组织结构变化,并观察了其压缩断口形貌。结果表明:5GPa高压处理可明显提高铸态AZ91D镁合金的力学性能。压缩强度最高可达287 MPa,压缩率最高可达21%,分别比高压处理前提高22.6%和43.8%。随处理温度的升高铸态AZ91D镁合金中的强化相Mg17Al12逐渐溶解到α-Mg基体中,但经200~800℃高压处理的合金一直保持较高的强度。     

Mg-3Al-1Zn-(0~0.5)Sr镁合金铸态组织中的第二相研究

为系统研究微量Sr对铸态AZ31镁合金组织中第二相的影响,且为含Sr的Mg-Al-Zn系合金设计提供理论基础,通过X射线衍射分析(XRD)、差热分析(DSC)、扫描电镜观察(SEM)和能谱分析(EDS)等手段,对Sr含量为0~0.5(质量分数,%,下同)AZ31镁合金铸态组织中的第二相的类型及形成原因进行了分析。结果表明：铸态AZ31合金中除了Mg17Al12相以外,还存在少量的小块状Mg21(Zn,Al)17相。添加Sr含量为0.1的AZ31合金中存在Mg17Al12、Mg21(Zn,Al)17相以及少量Al4Sr相,添加Sr含量为0.3的合金组织中能观察到Al4Sr、Mg21(Zn,Al)17相以及少量Mg17Al12相,而在添加Sr含量为0.5的合金中仅能观察到Al4Sr和Mg21(Zn,Al)17相,Mg17Al12相的形成受到抑制。此外,层片状共晶Al4Sr相的数量在质量分数为0.3~0.5的区间随着Sr含量的增加显著增多。     

热处理工艺对AZ80镁合金显微组织的影响

利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等分析手段研究了固溶时效及退火工艺对AZ80铸造镁合金显微组织的影响。结果表明,固溶处理可获得单相α-Mg固溶体组织;在随后的时效处理中β-Mg17Al12相以连续析出和不连续析出两种方式重新析出;在退火处理的缓慢冷却过程中β-Mg17Al12相以层片状形式析出;退火后的球化处理使层片状β-Mg17Al12相通过自身溶断的方式获得均匀细小的球状β-Mg17Al12相。     

复合添加Nd与B对AZ91镁合金组织和力学性能的影响

研究了复合添加Nd和B对AZ91镁合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明,复合添加B和Nd明显细化了α-Mg和β-Mg₁₇Al₁₂相。晶粒细化主要源自于AlB₂相作为α-Mg的异质形核衬底,添加的Nd细化了β-Mg₁₇Al₁₂相。扫描电镜分析表明,Al₂Nd和Mg₁₂Nd主要分布在晶界上,并且对合金力学性能起到了重要的促进作用。由于晶粒细化及热稳定相Al₂Nd和Mg₁₂Nd的存在,AZ91镁合金的常温力学性能得到大大改善。     

AZ31镁合金板材自动氩弧焊接工艺研究

利用六轴焊接机器人夹持氩弧焊枪进行AZ31镁合金自动氩弧焊接工艺研究,焊后利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和万能试验机等对焊接接头进行微观组织表征及力学性能测试。结果表明,在焊接电流160 A、焊接速度0.45 m/min、填丝速度0.6 m/min、钨极针与板材距离0.5 mm（前半段）和2.0 mm（后半段）以及保护气体流量16 L/min（正面）和21 L/min（背面）的条件下,能得到外观形貌良好、质量可靠的AZ31镁合金焊接接头。焊接接头的金相组织显示,焊缝区微观组织可清晰地分为母材区,热影响区和熔化区。焊接过程在热影响区和熔化区出现了大量的沉淀相,X射线衍射结果表明,该沉淀相为β Mg17Al12沉淀相。拉伸结果显示,焊接接头的抗拉强度达到了母材的81.02%,在断口观察到了大量的解离面和韧窝的存在,呈现出脆性断裂与韧性断裂相结合的混合断裂特征。     

快速凝固工艺对AZ91HP镁合金腐蚀性能的影响

通过铜模铸造制备快速凝固的AZ91HP镁合金.利用失重法及动电位极化曲线研究了常规铸造AZ91HP和快速凝固AZ91HP镁合金样品在NaCl腐蚀介质中的耐腐蚀性能;通过金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）及X射线衍射（XRD）分析了腐蚀后合金微观组织及相结构.结果表明,快速凝固的AZ91HP镁合金具有更好的耐腐蚀性能.其主要原因是经快速凝固工艺后：①β-Mg17Al12相近似连续地分布于细小的α-Mg晶界上;②合金的元素分布更加均匀;③合金显微缩松减少.     

Mg/Al异种材料瞬间液相过冷连接工艺研究

采用瞬间液相过冷连接工艺对AZ31镁合金和5083铝合金进行连接实验,研究保温扩散时间t2对焊缝微观组织及力学性能的影响。利用SEM,EDS,XRD和微观硬度计对接头剖面的微观组织和力学性能进行表征;在拉伸试验机上测试接头拉伸强度,利用SEM对断口形貌进行分析。研究结果表明:采用瞬间液相过冷连接工艺可以实现Mg/Al异种材料的有效连接;随着保温扩散时间t2的增加,接头的抗拉强度随之提高,当t2=30 min时,接头抗拉强度最高达到20.5 MPa;拉伸断口形貌具有明显的脆性断裂的特征,铝合金侧主要有解理面和撕裂棱组成,而镁合金侧属于典型的沿晶断裂形貌;在接头处形成MgAl,Mg2Al3,Mg0.44Al0.56和Mg17Al12金属间化合物,结合界面的微观维氏硬度最高达320。     

Y对Mg-Nd-Zn-Zr铸造镁合金组织和性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和X线衍射仪等分析研究Y对Mg-Nd-Zn-Zr铸造镁合金组织和性能的影响,并测试其室温力学性能.研究结果表明:Mg-Nd-Zn-Zr-xY(x=0,0.6％,1.2％,1.8％,质量分数)合金铸态组织主要由α-Mg和Mg12(NdaZn1-a)相组成,Y元素主要固溶在α-Mg和Mg12(NdaZn1-a)相中;合金经530℃/14h固溶处理后组织由α-Mg、残余的少量Mg12(NdaZn1-a)相以及方块状Mg24RE5相组成;固溶态合金经200℃/12h时效处理后有大量尺寸为10nm左右的β'和β”析出相生成,能有效地强化基体;随Y质量分数增加,合金室温抗拉强度和屈服强度逐渐上升,最高分别达到271 MPa和161 MPa,较基础Mg-Nd-Zn-Zr合金有较大幅度提高.     

Effect of preheat on TIG welding of AZ61 magnesium alloy

The effects of preheat treatments on the microstructures and mechanical properties of tungsten inert gas (TIG)-welded AZ61 magnesium alloy joints were studied by microstructural observations, microhardness tests and tensile tests. The results showed that the volume fraction of the lamellar β-Mg₁₇(Al,Zn)₁₂ intermetallic compound of in fusion zone (FZ) increased from 15% to 66% with an increase in preheat temperature. Moreover, the microhardness of the FZ and the ultimate tensile strength of the welded joints reached their maximum values when the preheat temperature was 300℃ because more lamellar β-Mg₁₇(Al,Zn)₁₂ intermetallic compounds were distributed at the α-Mg grain boundaries and no cracks and pores formed in the FZ of the welded joint.     

Mg对Zn--11%Al合金镀层凝固组织及合金层生长的影响

将工业纯铁分别在510℃的Zn-11%Al、Zn-11%Al-1.5%Mg、Zn-11%Al-3%Mg和Zn-11%Al-4.5%Mg合金熔池中进行不同时间的热浸镀,使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪等仪器设备,研究Mg含量对Zn-11%Al合金镀层凝固组织和镀层中Fe-Al合金层生长的影响.结果表明：Zn-11%Al合金镀层凝固组织由富Al相和Zn/Al二元共晶组成;随着Zn-11%Al-x%Mg合金中Mg含量的增加,合金镀层的凝固组织中逐渐出现Zn/Al/MgZn2三元共晶、块状 MgZn2相和Al/MgZn2二元共晶.四种合金镀层中合金层主要由Fe2 Al5 Znx和FeAl3 Znx相组成,合金层的厚度随浸镀时间的增加而增加,Mg含量的增加使Fe-Al合金层生长速率指数和生长速率降低.在Zn-11%Al合金镀层中Fe-Al合金层形成的初期,可形成致密稳定的Fe-Al化合物层;热浸镀120 s后,扩散通道的移动使Fe-Al化合物层失稳破裂. Zn-11%Al-x%Mg合金中Mg元素可明显推迟液Zn进入镀层中Fe-Al合金层的时间,使Fe-Al合金层更加稳定和致密.