热处理工艺对挤压态Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金耐腐蚀性能的影响

严安庆

(宜昌测试技术研究所,湖北宜昌 443003)

热处理工艺对挤压态Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金耐腐蚀性能的影响

严安庆

(宜昌测试技术研究所,湖北宜昌 443003)

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射分析、析氢法及动电位极化曲线,研究了不同热处理工艺对挤压态Mg-12Gd-3Y-0.6Zr镁合金显微组织和腐蚀性能的影响。实验结果表明合金T4态耐蚀性最好,经T5、T6处理耐蚀性变差。

Mg-12Gd-3Y-0.6Zr镁合金;热处理;耐蚀性

Mg-Gd-Y-Zr系合金是一种重要的高强耐热镁合金,成为近年来镁合金研究的热点之一。国内外学者对Mg-Gd-Y-Zr系合金已经做了很多系统性的研究,开发出的高强镁合金材料,在军事和国防工业等高尖端领域有广阔的应用前景[1～4]。经常规挤压变形制备的Mg-Gd-Y-Zr系合金棒材有优异的性能,但其耐腐蚀性能的研究少见报道。本文以Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金(简称GW123镁合金)为研究对象,研究了不同热处理条件对挤压态合金组织和耐腐蚀性能的影响,以期为进一步研究该合金的组织性能与工艺的相互关系提供实验参考。

1 实 验

1.1 实验材料

实验材料选用Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金,其化学成分列于表1。采用气体+熔剂的混合保护,铸成Φ180 mm的圆锭后进行530℃/24 h均匀化处理,空冷至室温。由Gleeble-1500热模拟试验机提供实验依据,确定热加工参数。一次挤压前铸锭要充分加热保温,将合金从Φ180 mm变形至Φ45 mm,挤压比为16,挤压温度为460℃。对挤压态合金进行T4、T5、T6热处理,具体工艺列于表2。

表1 GW123镁合金的化学成分

表2 挤压态合金的热处理制度

1.2 实验方法

腐蚀速率采用失重法和析氢法相结合的方法测定,腐蚀介质为3.5%NaCl溶液,实验温度为室温(25℃),试样表面经金相砂纸逐级打磨后,用丙酮溶液超声波清洗、吹干,并用十万分之一电子天平称重后,悬挂在体积为400 mL的腐蚀溶液当中,每隔24 h记录滴定管内气体的体积,计算其腐蚀速率。试样分别于24 h,48 h,72 h,96 h后取出用20% CrO3+1%AgNO3溶液清洗腐蚀产物,并用无水乙醇和二次去离子水冲洗表面,热风吹干后称重,计算腐蚀失重和自腐蚀速率,取三次平行试验的平均值作为结果。采用POLYVAR-MET金相显微镜拍摄样品腐蚀后表面和洗去腐蚀产物后的宏观整体形貌。

极化曲线的测定在CHI660电化学工作站上进行,采用标准三电极体系,Pt为辅助电极,饱和甘汞电极为参比电极,试样工作面积为1 cm2,电解质为3.5%NaCl溶液,扫描范围-1.8～+0.2 V,扫描速度10 mV/s,测试温度25℃。

2 结果与讨论

2.1 基体形貌

一次挤压态合金经T4、T5和T6处理后的光学显微组织如图1所示。合金经525℃/8 h固溶处理(T4)后的光学显微组织如图1(b)所示,晶粒尺寸较挤压态合金(图1(a)所示)明显变大。图1(c)和图1(d)表明合金经T5及T6处理后晶粒大小较挤压态不明显。

图1 不同热处理态Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金的光学显微组织

2.2 腐蚀形貌

图2为不同热处理态Mg-12Gd-3Y-0.6Zr镁合金在3.5%NaCl溶液浸泡2 d后的宏观腐蚀形貌。图2(a)表明挤压态合金仅有部分较深腐蚀坑,而经T4处理后(图2(b))合金表面基本未被腐蚀,经T5及T6处理后(图2(c)和图2(d))表面腐蚀程度较深,有大量的腐蚀产物,且在边缘处存在深腐蚀坑,故T4态合金耐腐蚀性能最好。

图2 不同热处理态Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金的宏观腐蚀OM形貌

不同热处理态Mg-12Gd-3Y-0.6Zr镁合金在3.5%NaCl溶液浸泡7 d后的微观腐蚀形貌如图3所示。该合金经挤压后(图3(a))腐蚀产物疏松,不能阻挡进一步的腐蚀,经 T4处理后(图3(b))腐蚀产物层致密,能有效地保护内部镁合金不受腐蚀,而经T5、T6处理(图3(c)和图3(d))有大量方块相生成,割裂基体,易发生腐蚀,且腐蚀产物疏松,不利于阻挡腐蚀。

图3 不同热处理态Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金的微观腐蚀SEM形貌

2.3 耐蚀性能

不同热处理状态Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金采用析氢法测试耐腐蚀速率,根据镁腐蚀机理,镁合金在水溶液中主要发生如下反应:

式(1)表明,每溶解一个镁原子就会产生一个H2分子。所以测量腐蚀过程中析出的氢气体积,就可算出被腐蚀镁的量。换算结果表明:1 L析出气体近似为1 g镁或镁合金被腐蚀[5]。挤压态及 T4、T5、T6态合金在3.5%NaCl溶液中浸泡7 d的平均腐蚀速率分别为/mg·(cm2·d)-1:7.922×10-4、5.281 4×10-5、1.697 6×10-3、1.433 5×10-3。由此说明T4态合金耐蚀性最佳,经T5及T6处理后均较挤压态耐蚀性下降。

不同热处理态Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金在3.5%NaCl溶液中的极化曲线如图4所示。极化曲线进行T afel拟合的结果列于表3。可以看出,合金挤压后经T4处理较挤压态合金腐蚀电流降低一个数量级,耐蚀性得到改善,而经T5及T6处理耐蚀性均有不同程度下降,实验结果与析氢法测试结果一致。

图4 不同热处理态Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金的极化曲线

表3 不同状态合金极化曲线拟合结果

3 结 论

1.Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金挤压后经 T4处理耐腐蚀性能得到提高,腐蚀电流较挤压态降低一个数量级,优于T5、T6处理。

2.Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金挤压后经 T4处理腐蚀产物层较致密,有利于阻挡进一步腐蚀;而经T5、T6处理有大量方块相生成,割裂基体,易发生腐蚀,且腐蚀产物疏松,不利于阻挡腐蚀。

[1] Anyanwu A,Kamado S,Kojima Y.Creep properties of Mg-Gd-Y-Zr alloys[J].Materials Transactions,2001,42(7):1 212-1 218.

[2] Anyanwu A,Kamado S,Kojima Y.Aging characteristics and high temperature tensile properties of Mg-Gd-Y-Zr alloys[J]. Materials Transactions,2001,42(7):1 206-1 211.

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[4] 彭卓凯,张新明,陈健美,等.Mn,Zr对Mg-Gd-Y合金组织与力学性能的影响[J].中国有色金属学报,2005,15(6):917-922.

[5] 宋光铃.镁合金的腐蚀与防护[M].北京:化学工业出版社, 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

严安庆(1972-),男,工程师,主要从事材料研究与开发工作。

2010-08-12