Er和Sr对ZM5镁合金组织及性能的影响

论文摘要

镁合金是目前最轻的结构材料之一，具有比强度和比刚度高、环境友好性强、电磁屏蔽性好、易于加工、铸造性能好等优点，被广泛应用于航空航天、交通工具及电子产品等领域。Mg-Al系镁合金是目前最常用的铸造镁合金，但其耐腐蚀性能和力学性能较低，这大大限制了它的使用范围。本文以ZM5镁合金为研究对象，通过光学金相、X射线衍射、扫描电镜、能谱、显微硬度、常温拉伸、失重腐蚀、极化曲线等分析测试手段，研究了Er和Sr对ZM5镁合金微观组织、常温力学性能及耐腐蚀性能的影响，并探讨了Er和Sr在ZM5镁合金中的作用机理。本文研究结果表明Er可以有效提高ZM5镁合金的耐腐蚀性能，但使合金的抗拉强度和塑性有所下降；Sr可以明显细化ZM5-3%Ca镁合金晶粒，提高合金的强度；Sr可显著提高ZM5-0.6%Er镁合金的抗拉强度和伸长率，虽然合金的耐腐蚀性能稍有下降，但合金的综合性能得到提高。0.2%-0.6%的稀土Er可以明显细化ZM5镁合金的第二相组织，其形貌由连续粗大的树枝状分布转变为弥散均匀的点状分布；初生α-Mg相随着Er含量的提高逐渐变得粗大，一次枝晶长度增加，其形貌也逐渐由等轴晶转变为粗大的树枝晶。随着Er添加量的提高，合金的室温抗拉强度和伸长率先下降后升高；当Er的添加量为0.4%时，合金的室温抗拉强度和伸长率最低。随着Er的添加量的增加，合金的腐蚀速率逐渐降低，腐蚀电流密度下降，耐腐蚀性能逐渐提高；当Er的添加量为0.6%时，合金的腐蚀速率最低，仅为常规ZM5镁合金的25%。在0.05%-0.15%范围内，随着Sr的添加量的提高，ZM5-3%Ca镁合金的晶粒尺寸也逐渐减小；当Sr的添加量为0.15%时，合金的平均晶粒尺寸仅为ZM5-3%Ca镁合金的34%。随着Sr添加量的增加，ZM5-3%Ca镁合金的抗拉强度和屈服强度逐渐上升；Sr的添加量为0.15%时，合金的抗拉强度和屈服强度分别比未加Sr时提升了11.5%和9.6%。0.05%-0.15%的Sr可以明显细化ZM5-0.6%Er镁合金的初生α-Mg相，但使第二相尺寸有增大的趋势。随着Sr添加量的增加，合金的抗拉强度和伸长率得到明显改善；当Sr的添加量为0.15%，合金的抗拉强度和伸长率分别比ZM5-0.6%Er提高了17.1%和73.3%。随着Sr添加量的增加，合金的腐蚀速率逐渐升高，腐蚀电流增大，耐腐蚀性能逐渐下降；当Sr的添加量为0.15%时，合金的耐腐蚀性能最差，腐蚀速率为ZM5-0.6%Er镁合金的2倍，但仅为ZM5镁合金的的50%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 镁合金的特点
• 1.1.1 镁及镁合金的特性
• 1.1.2 镁合金的应用
• 1.1.3 镁合金的缺点与不足
• 1.2 稀土元素在镁合金中的主要作用及研究现状
• 1.2.1 稀土元素对镁合金熔体的影响
• 1.2.2 稀土元素对镁合金组织和力学性能的影响
• 1.2.3 稀土元素对镁合金耐蚀性能的影响
• 1.2.4 稀土元素对镁合金抗氧化燃烧性能的影响
• 1.3 Sr在镁合金中的主要作用及研究现状
• 1.4 本论文研究目的和意义
• 第2章 实验内容及方法
• 2.1 实验总体流程图与研究方案
• 2.1.1 实验总体流程图
• 2.1.2 实验研究方案
• 2.2 实验材料及熔炼
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 熔炼设备
• 2.2.3 熔炼前的准备工作
• 2.2.4 熔炼工艺
• 2.3 显微组织观测
• 2.3.1 光学显微组织分析
• 2.3.2 X射线相分析（XRD）18
• 2.3.3 扫描电子显微镜分析（SEM）18
• 2.4 力学性能测试
• 2.4.1 硬度测试
• 2.4.2 拉伸试样的制备
• 2.4.3 常温拉伸实验
• 2.5 腐蚀性能测试
• 2.5.1 腐蚀溶液配制
• 2.5.2 表面宏观腐蚀
• 2.5.3 失重腐蚀实验
• 2.5.4 极化曲线测试
• 第3章 Er对ZM5镁合金组织及性能的影响
• 3.1 Er对ZM5镁合金铸态显微组织的影响
• 3.2 Er对ZM5镁合金力学性能的影响
• 3.3 Er对ZM5镁合金耐腐蚀性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 Sr对ZM5镁合金铸态显微组织和性能的影响
• 4.1 Sr对ZM5-3%Ca镁合金组织与力学性能的影响
• 4.1.1 Sr对ZM5-3%Ca镁合金凝固组织的影响
• 4.1.2 Sr对ZM5-3%Ca镁合金力学性能的影响
• 4.2 Sr对ZM5-0.6%Er镁合金铸态显微组织及性能的影响
• 4.2.1 Sr对ZM5-0.6%Er镁合金铸态显微组织的影响
• 4.2.2 Sr对ZM5-0.6%Er镁合金力学性能的影响
• 4.2.3 Sr对ZM5-0.6%Er镁合金耐腐蚀性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢