高壓扭轉(zhuǎn)對(duì)GW83K、Mg-Zn-Ca和AZ91鎂合金的組織與腐蝕行為的影響.pdf

1、鎂及鎂合金儲(chǔ)量大、應(yīng)用廣泛，但強(qiáng)度低、耐蝕性差是制約其發(fā)展的主要原因。高壓扭轉(zhuǎn)技術(shù)(high-pressure torsion，HPT)細(xì)化晶粒效果顯著，可提高合金力學(xué)性能并改善其耐腐蝕性能，故成為拓展鎂合金應(yīng)用的有效手段之一。本文選用三種不同系列鎂合金:Mg-8Gd-3Y-0.4Zr(GW83K)、Mg-1Zn-0.13Ca和AZ91,分別在室溫下進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)加工，以研究HPT對(duì)鎂合金組織及耐腐蝕性能的影響。通過(guò)OM、XRD、SEM及

2、顯微硬度測(cè)試等方法分析了HPT前后鎂合金微觀組織的變化，并結(jié)合宏觀電化學(xué)測(cè)試(開路電位測(cè)試OCP、動(dòng)極化曲線測(cè)試PDP、交流阻抗譜EIS)和微區(qū)電化學(xué)測(cè)試(局部交流阻抗譜LEIS、掃描開爾文探針SKP)系統(tǒng)分析HPT前后鎂合金在溶液中的腐蝕行為。
　　對(duì)GW83K合金的研究表明，經(jīng)5圈HPT后，GW83K合金晶粒中出現(xiàn)大量孿晶和位錯(cuò)，在空氣中伏打電位降低約20mV。在3.5wt.％NaCl溶液中浸泡約1h后開路電位穩(wěn)定，但穩(wěn)定值較

3、負(fù)，腐蝕電流密度較大，電化學(xué)阻抗較小且隨浸泡時(shí)間延長(zhǎng)而減少，其耐蝕性不及未HPT加工的初始態(tài)合金。在0.1M NaOH溶液中，浸泡初期初始態(tài)和HPT態(tài)合金開路電位較接近，交流阻抗相差不大，浸泡6h后初始固溶態(tài)的電化學(xué)阻抗容抗弧直徑則明顯大于HPT態(tài)樣品。極化曲線顯示HPT態(tài)合金在堿性溶液中的維鈍區(qū)間減小，維鈍電流密度增大，初次擊穿電壓負(fù)移。
　　Mg-1％Zn-0.13％Ca合金經(jīng)5圈HPT后分別在200℃和350℃下退火，分析此

4、3種狀態(tài)合金發(fā)現(xiàn):HPT細(xì)化晶粒效果顯著，退火后硬度降低，晶粒尺寸變大，伏打電位也隨之升高。在37℃下Hank's溶液中浸泡0.5h后，HPT態(tài)樣品開路電位略正，交流阻抗較大，腐蝕電流密度較小，表明HPT態(tài)樣品耐蝕性較退火態(tài)好。隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，3種樣品的交流阻抗均呈先減小后增大的趨勢(shì)，表面電位差變大、電位正移，主要是由于表面鈣磷鹽的增加及覆蓋對(duì)基體起到一定的保護(hù)作用。
　　AZ91經(jīng)過(guò)6圈HPT后樣品硬度升高，晶粒細(xì)化明顯，β

5、相網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，空氣中伏打電位降低。在3.5wt.％NaCl溶液中浸泡初期(0.5h)，HPT態(tài)樣品具有比鑄態(tài)較正的開路電位以及較短的穩(wěn)定時(shí)間，電荷轉(zhuǎn)移阻抗較大;極化曲線顯示，HPT態(tài)樣品腐蝕電位較正，腐蝕電流密度小，表明其具有較好的耐蝕性。在溶液浸泡過(guò)程中，鑄態(tài)樣品的交流阻抗與局部交流阻抗均呈先減小后增大再減小的趨勢(shì);浸泡24h后，樣品表面電位不均勻、電位差變大;LEIS結(jié)果表明鑄態(tài)樣品由均勻腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)榫植扛g，而HPT態(tài)樣品由局部

6、腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重的均勻腐蝕，但浸泡初期受Cl-攻擊的敏感性降低;從腐蝕形貌上看，HPT態(tài)樣品中心與邊緣區(qū)域差異明顯，腐蝕類型為局部腐蝕，而原始態(tài)表面較為均勻。
　　HPT加工對(duì)鎂合金耐腐蝕性能的影響依賴于四點(diǎn):HPT細(xì)化晶粒后有助于鎂合金表面保護(hù)膜的快速形成，降低材料的腐蝕敏感性，使材料在浸泡初始階段的耐蝕性有所提高;然而保護(hù)膜依然不能有效保護(hù)基體，HPT引入的高能晶體缺陷使鎂基體更活潑（溶解加速）。二者為競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，若前者為主導(dǎo)，則