鎂鋁合金高溫氧化動力學(xué)及氧化過程研究.pdf

1、鎂合金是繼鋼鐵和鋁合金之后發(fā)展起來的第三類金屬材料,也是最輕的結(jié)構(gòu)合金。與其他材料相比,它具有密度小,比強(qiáng)度、比剛度高等優(yōu)點(diǎn)以及優(yōu)良的物理性能和力學(xué)性能,因此常作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用在很多領(lǐng)域。但是,由于鎂的化學(xué)活性很高,在空氣中就易發(fā)生氧化,且氧化膜不具有保護(hù)性,這在一定程度上限制了鎂合金的應(yīng)用。
　　 目前,針對鎂合金在室溫和液態(tài)環(huán)境中氧化行為的研究已相對比較成熟,而對鎂合金高溫氧化研究并不多。但是,常常有一些加工過程如熱處理、焊

2、接、鑄造以及觸變成型等,要使鎂合金暴露于高溫環(huán)境中而不可避免地與有害的氧化性介質(zhì)接觸,從而造成合金的氧化。本文作者采用靜態(tài)增重法研究了AZ61和AM60兩種常用鎂鋁合金在400～550℃下的高溫氧化動力學(xué)行為和氧化過程。通過恒溫氧化動力學(xué)曲線分析合金氧化動力學(xué)規(guī)律;借助體視顯微鏡觀察合金氧化過程中表面形貌的變化;利用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射分析(XRD)和激光粒度分析儀(LPSA)等分析測試方法,分別對氧化產(chǎn)物形貌、相組成和粒徑分

3、布等進(jìn)行表征。最后分別對相同合金系和不同合金系鎂鋁合金的抗氧化性能進(jìn)行橫向比較和縱向比較,得出以下結(jié)論:
　　 1.400℃時,合金發(fā)生全面氧化,氧化膜具有一定的保護(hù)性;溫度高于450℃時,氧化動力學(xué)遵循偏離平方拋物線規(guī)律,隨氧化溫度的升高和氧化時間的延長,氧化產(chǎn)物不斷增多且相互疊加,合金氧化增重持續(xù)增加。
　　 2.共晶相的熔化溫度是影響合金高溫氧化的重要因素。當(dāng)氧化溫度達(dá)到β相的熔點(diǎn)時,β相發(fā)生熔化,合金在熔化部位發(fā)

4、生選擇性氧化。450℃時,低熔點(diǎn)相的熔化速度比膜的形成速度慢,氧化產(chǎn)物為層片狀;500℃時,β相大量熔化,合金從點(diǎn)狀破壞發(fā)展為晶界破壞,不僅破壞了原有的一層很薄的氧化膜,而且同時限制了氧化膜的重新形成,氧化在熔化部位持續(xù)進(jìn)行,氧化產(chǎn)物為顆粒狀。550℃時,合金液相成分增多,氧化加劇,合金最終發(fā)生燃燒現(xiàn)象。
　　 3.氧化溫度和氧化時間對氧化產(chǎn)物的相組成和表面形貌均有影響。450℃時氧化產(chǎn)物為片狀MgO,500℃時變?yōu)轭w粒狀MgO

5、。隨氧化溫度的繼續(xù)升高,只有當(dāng)合金發(fā)生嚴(yán)重氧化甚至燃燒時,氧化產(chǎn)物才含有MgAl2O4、Mg3N2和Mg6MnO8,同時其形貌也發(fā)生了變化。
　　 4.相同鎂鋁合金系,由于鑄態(tài)組織中β相數(shù)量較多且沿晶界連續(xù)分布,高溫氧化時發(fā)生沿晶破壞腐蝕,而擠壓態(tài)因?yàn)樵跓釘D壓的過程中晶粒發(fā)生破碎,使得晶粒細(xì)化、分散分布,所以高溫氧化時不會出現(xiàn)像鑄態(tài)那樣的沿晶氧化,只是發(fā)生點(diǎn)狀破壞,其抗氧化性能比鑄態(tài)好。對于不同鎂鋁合金系,與AM系合金相比,AZ