热处理对AZ91D镁合金腐蚀性能的影响

马佰才，夏兰廷，杨 娜

（太原科技大学 材料科学与工程学院，太原 030024）

热处理对AZ91D镁合金腐蚀性能的影响

马佰才，夏兰廷，杨 娜

（太原科技大学 材料科学与工程学院，太原 030024）

对经过不同热处理工艺处理后的AZ91D镁合金进行腐蚀试验，并测定其腐蚀参数。对腐蚀数据及金相显微组织分析、观察表明：时效处理后的AZ91D镁合金腐蚀率最低为2.128mm/a，为铸态和固溶加时效处理的AZ91D镁合金（3.081mm/a、3.209mm/a）的69.1%和66.3%；比仅进行固溶处理的AZ91D镁合金7.400mm/a的腐蚀率减少了71.2%，耐蚀性能提高2.48倍。合金组织中β相的形态和数量对合金腐蚀率起着重要作用。

热处理；AZ91D镁合金；β相

镁合金具有低密度、高比强度比刚度、良好的电磁屏蔽性等特征，在汽车、航空、航天、电子产品等领域的应用日益广泛。镁合金在节能减排方面具有很多材料无法代替的优势，被称为21世纪的“绿色工程材料”。在应用中耐腐蚀性能差是镁合金的一大缺点，目前许多科学工作者仍然继续致力于这一方面的研究。影响镁合金腐蚀性能的因素很多，从最根本上来说可以把它们分为三类：一是合金元素的影响；二是组织形态的影响；三是腐蚀介质的影响。本文采用鲜见报道的通过对应用最为广泛的AZ91D镁合金进行不同的热处理以改变其组织形态，检测其在腐蚀介质中的腐蚀速率，并对试验结果进行分析，以期为通过热处理来提高AZ91D镁合金的耐蚀性能提供依据。

1 试验材料与方法

试验材料取材于商用AZ91D镁合金锭，其成分如表1所示。试样经不同的热处理后，加工成10mm×10mm×10mm立方体，经清理打磨称重投入3.5%NaCl中进行腐蚀试验，试验周期为72小时。腐蚀后的试样经清洗去除腐蚀产物后称重并计算折合成年腐蚀率。

表1 AZ91D镁合金名义化学成分（%）

具体热处理参数见表2。试样称重设备采用万分之一电子天平；金相显微镜为4XC双目金相显微镜；热处理所用设备为SXL－1304程控箱式电炉，固溶处理时采用FeS保护。

表2 AZ91D镁合金热处理工艺

2 试验结果与分析

试验所测得各种热处理状态下AZ91D镁合金的腐蚀率如表3所示；各种热处理状态下的金像显微组织如图1至图4所示。

表3 AZ91D在3.5%NaCl溶液中的腐蚀率（mm/a）

由表3数据可见：在铸态及其他三种不同热处理条件下AZ91D镁合金的腐蚀率由小到大排列依次为：时效处理＜铸态＜固溶加时效处理＜固溶处理，其中经时效处理的AZ91D镁合金腐蚀率为2.128mm/a仅为固溶处理镁合金7.400mm/a的28.8%，耐蚀性能提高了2.48倍。由图1～图4的金像显微组织看到，经不同热处理后AZ91D镁合金的基体中α（Mg）相、共晶（α+β）及β相的数量明显不同：图2经固溶处理后α（Mg）相最多、（α+β）及β相最少，其耐蚀性最差；图4经时效处理后β相数量最多、α（Mg）相数量最少，其耐蚀性最好。由表3及图1～图4可知：α（Mg）数量和β相的数量和形态对AZ91D镁合金的腐蚀起到重要作用。

2.1 铸态及固溶处理

由图1铸态AZ91D镁合金显微组织看到：β（Mg17Al12）相和（α+β）相在α（Mg）相的晶界和晶粒上存在，（α+β）及 β 相破坏了 α（Mg）相的连续性使 α（Mg）相以孤立状态存在。由其3.081mm/a的腐蚀率可见，耐蚀略优于固溶加时效处理的AZ91D镁合金，远优于固溶处理的AZ91D镁合金。由图2固溶处理的AZ91D镁合金明显看到组织中的β相和（α+β）相几乎全部固溶于基体 α（Mg）相中，与铸态 AZ91D 相比，α（Mg）相的连续性大幅提高，α（Mg）相成片存在，表现出 α（Mg）相粗大。固溶处理尽管可以有效提高合金的强韧性，但对合金的耐蚀性产生不利影响。AZ91D镁合金β（Mg17Al12）相的电位高于α（Mg）相，在腐蚀过程中与α（Mg）相构成腐蚀原电池，在腐蚀的前期对腐蚀产生不利影响，使 α（Mg）阳极相腐蚀加剧，但由于 β（Mg17Al12）相中含有较高的Al，随腐蚀的进行Al可以形成导电性很差的Al2O3氧化膜，β相表面的Al2O3膜的存在使β相与α（Mg）相之间的电位降低，腐蚀电流减少。大量β相的存在不但降低了两相之间的腐蚀电位，同时分散了腐蚀电流，而 β 相、（α+β）相对 α（Mg）相的分隔减缓和阻碍了腐蚀介质向α（Mg）相不断渗入，使孤立存在的α（Mg）腐蚀减少。AZ91D镁合金仅经固溶处理后，α（Mg）相溶 Al量大幅提高，α（Mg）处于过饱和的不稳定态；由于Al和Mg原子半径不同，α（Mg）中溶入过多的Al产生大的晶格畸变，增加了内应力，产生应力腐蚀而使腐蚀进一步加速。上述原因是导致经固溶处理的AZ91D镁合金腐蚀速率远大于铸态和固溶加时效处理的AZ91D镁合金主要因素。

2.2 固溶加时效处理

将AZ91D镁合金经固溶处理后的图2与图3相比，可见经过固溶处理后原来大量溶解于基体中的Al，在时效过程中又以β相的形式析出。张国英[6]等人提到，AZ91合金时效过程中同时存在两种时效机制：连续析出与非连续析出。连续析出相多呈细小片状弥散分布于基体中，使材料具有良好的力学性能；非连续析出相多呈粗大的层状，对材料的强化作用较小。与铸态金相照片图1对比，不难发现β相不再是铸态时的网状结构，其分布更加弥散了。这种弥散分布的β相与连续网状β相相比，前者阻碍腐蚀介质渗入的能力不如后者，这对提高合金的耐蚀性能是不利的。通过固溶加时效处理之后AZ91D镁合金的腐蚀速率由铸态的3.018mm/a上升到3.209mm/a，原因是β相在数量上没有增加，只是改变了β相的形态和分布。与网状分布相比弥散分布的β相使基体中α（Mg）相的连续性提高，不利于阻挡腐蚀介质的渗入，对腐蚀产物扩散的阻碍作用也有所减小。因此，经固溶加时效处理后镁合金的腐蚀速率略有上升。

2.3 时效处理

AZ91D镁合金时效处理可以消除应力，在215℃条件下时效处理有可能改变β相的形态和分布。本试验对AZ91D镁合金进行时效处理，目的只在于研究该处理对腐蚀性能的影响。时效处理后所照金相照片见图4，与图1相比，β相仍保持连续、网状的存在状态，其对基体中的α（Mg）相形成了分隔孤立的同时，析出了大量的点状β相。时效后AZ91D镁合金的腐蚀率从铸态的3.018mm/a下降到了2.128mm/a，腐蚀速率有较大程度的降低。时效处理增加了β相的数量以及消除了合金的铸造应力。是使腐蚀率有效降低的主要原因。

3 结论

（1）时效处理可以消除应力，改善β相形态，增加β相的数量，有效提高AZ91D镁合金的耐蚀性。经时效处理AZ91D镁合金的腐蚀率为2.128mm/a，与固溶处理的7.400mm/a相比提高了2.48倍。固溶加时效处理对腐蚀率影响不大。

（2）β相在AZ91D镁合金腐蚀过程中起到双重作用，大量β相的存在对提高合金耐腐蚀性起到有益作用。

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Effects of Heat Treatment on Corrosion Properties of AZ91D Magnesium Alloy

MA BaiCai，XIA LanTing，YANG Na
（School of Materials and Engineering Taiyuan Science&Technology University，Taiyuan 030024，Shanxi China）

Different heat treatments have been done on AZ91D Mg alloy which then has been tested on corrosion parameters.Corrosion date and metallograph observation showed after aging treatment the corrosion rate of AZ91D Mg was the lowest:2.128mm/a which was respectively 69.1%of that(3.081mm/a)of the as-cast Mg alloy and 66.3%of that（3.209mm/a）of Mg alloy with solution plus aging treatment,and reduced by 71.2%compared with that(7.400mm/a)of the one after solution treatment,while the corrosion resistance of such has increased 2.48 times.Form and quantity of β phase have played an important role in influencing the corrosion rate.

Heat treatment；AZ91D magnesium alloy；β phase

TG146.22;

A；

1006－9658（2011）03－3

2010－10－22

2010－154

马佰才（1980－），男，在读硕士，研究方向：铸造合金及材料腐蚀与防护