Gd含量对Mg-Gd-Y-Sm-Zr合金组织和性能的影响

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镁合金作为目前应用中最轻的金属结构材料,它具有较低的密度,较高的比强度和比刚度,良好的电磁屏蔽性能,减震性能和散热性能等一系列优点,而受到人们的广泛关注。当前,镁及镁合金材料已被广泛应用于汽车、通讯和航空航天等相关行业。然而普通镁合金在高温下的力学性能和耐腐蚀性能较差,严重阻碍了镁合金的广泛应用。因此,研究开发出具有更加优良耐热性能和耐腐蚀性能的镁合金,进一步拓展镁合金的应用领域,成为镁合金研究的重要课题。本文通过合金制备、微观分析、力学性能和耐蚀性能测试等方法,系统研究了稀土元素Gd对Mg-Gd-Y-Sm-Zr合金的微观组织、室温和高温力学性能以及耐蚀性能的影响。研究目的是为Mg-Gd-Y-Sm-Zr镁合金的进一步开发和研究提供更加有力的理论和实验依据。研究结果表明:适量的稀土元素Gd能够明显细化Mg-xGd-2Y-1Sm-0.5Zr(x=6,9,12)合金的显微组织,显著提高镁合金固溶时效状态下的室温和高温强度,同时使合金的耐蚀性能得到改善。在本实验的研究条件下,加入的Gd含量为6%时,合金的铸态和固溶时效态组织较均匀,晶粒较细小。在室温和高温进行力学性能测试,结果表明,随着合金中Gd含量的升高,合金的抗拉强度也逐渐升高,当Gd含量为12%时合金的抗拉强度达到最大值,分别为室温时219.5MPa,200℃时253.2MPa,250℃时282.6MPa,300℃时264.3MPa,而合金的延伸率却随着Gd含量的升高稍微有所降低。在20℃-300℃范围内,随着拉伸温度的升高,合金的延伸率逐渐增大,而合金的最大抗拉强度首先随着温度的升高而升高,在250℃时达到最大,然后随温度的继续增加而有所下降,这种现象与一般合金的力学性能-温度变化曲线明显不同。本试验中合金的抗拉强度具有明显的反常力学行为。室温条件下,Mg-xGd-2Y-1Sm-0.5Zr(x=6,9,12)合金在浓度为0.5%、2.0%和3.5%的NaCl溶液中分别腐蚀24h后,通过腐蚀失重法计算腐蚀速率,结果显示在三种介质中的腐蚀速率均呈现先增高后缓慢降低的趋势,并在Gd含量为6%时腐蚀速率达到最低。合金表面的腐蚀形貌特征与腐蚀速率计算结果具有很强的一致性,即随着Gd含量的增加,合金的腐蚀严重程度呈现出先增加后减弱的趋势。当Gd含量为6%时,合金表面只有零星分布的细小颗粒,甚至可以看见腐蚀前用砂纸打磨过的划痕,腐蚀程度最轻。当含Gd量达到9%时,合金表面的腐蚀产物颗粒变大并且增多,可以看到异常大的腐蚀产物颗粒和较深的腐蚀坑,腐蚀最严重。然而当Gd含量为12%时,合金表面的腐蚀产物颗粒变小且比较少,腐蚀相对较轻。实验合金的表面腐蚀严重程度都受NaCl浓度的影响较大,均随着NaCl溶液浓度的增加而显著增加。通过分析认为,在本实验中,稀土元素Gd主要是通过固溶强化、弥散强化和细晶强化共同作用而改善了合金的微观组织,提高了合金的室温和高温强度,增强了合金的耐蚀性能。
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