合金元素對鎂合金高溫氧化性能的影響.pdf

1、鎂合金的密度較小，是工業(yè)中最輕的金屬結構材料。鎂合金目前已被應用于汽車、航空工業(yè)以及3C產(chǎn)品等領域。但是由于其耐腐蝕性能差，成型性能差，在高溫下極易氧化等原因，鎂合金在工業(yè)中的應用受到了很大的限制。因此，提高鎂合金在高溫下的抗氧化性能對于鎂合金更廣泛的應用具有重大意義。合金化已被證明是一種能夠有效提高鎂合金抗氧化性能的方法。然而，合金元素對鎂合金高溫氧化性能的影響規(guī)律及氧化機理尚不清楚，合金元素的添加量還不易控制。本文通過在純鎂中添加不

2、同含量的合金元素，制備了多種二元及三元鎂合金。系統(tǒng)的考察了多種二元鎂合金及 Mg-Y-X(X=Al、Zn、Ce)、Mg-Gd-X(X=Ce、Ca)系合金在高溫下的氧化規(guī)律，通過掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、X射線衍射儀(XRD)、X射線光電子能譜儀(XPS)等分析手段，研究了合金氧化膜的形貌、結構以及成分，分析了這些影響因素對合金高溫氧化性能的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過在純Mg中添加不同含量的Y、Ca、Gd等合

3、金元素，系統(tǒng)的研究了二元鎂合金在450oC~650℃之間的抗氧化性能。隨著合金中Y、Gd、Ca元素含量的增加，鎂合金的抗氧化性能得到了明顯改善。在經(jīng)過500oC空氣中等溫氧化6小時后，Mg-Y、Mg-Gd以及 Mg-Ca合金表面均形成了致密的復合氧化膜，致密氧化膜的形成能夠有效保護合金基體。Mg-Y、Mg-Gd合金氧化后表面形成的氧化膜中，MgO主要分布在氧化膜外層，而Y2O3/Gd2O3主要分布在氧化膜/基體界面處，稀土氧化物的含量相

4、對較少。而Mg-Ca合金經(jīng)過氧化后，氧化膜中CaO的所占的比例較高，MgO較少，CaO主要形成在氧化膜外層。結果表明，Mg-RE和 Mg-Ca合金中合金元素在高溫氧化過程的氧化順序不同。⑵Ce元素在純Mg中的少量添加(0.2、0.4wt.％)對提高合金在高溫下的抗氧化性能有積極作用，但由于Ce在Mg中的固溶度較低，合金中形成的Mg12Ce相為O的內(nèi)擴散提供了通道，使氧化反應容易在此處發(fā)生，導致合金在高溫氧化時出現(xiàn)嚴重的內(nèi)氧化。Mn元素在

5、純Mg中的添加對合金的抗氧化性能沒有明顯影響。⑶鎂合金的抗氧化性能與氧化膜的形貌、結構等因素有關。雖然CaO的PBR值小于1，但由于 Mg-Ca合金氧化膜結構非常致密，對機體的保護性能很好，因此Mg-Ca合金具有較好的抗氧化性能。⑷Mg-Y二元合金中添加Al、Zn、Ce元素后，合金中分別形成了Al2Y、Mg12YZn以及Mg12Ce等不同第二相。Al2Y相的形成消耗了合金中的Y元素，且在高溫下能夠穩(wěn)定存在，不易固溶，降低了Mg-Y-Al

6、合金氧化膜中Y2O3的含量，從而惡化了合金的抗氧化性能。當 Mg-Y-Zn合金中 Zn元素的添加量低于2.5wt.%時，Zn的添加能夠顯著改善Mg-Y合金的抗氧化性能。Zn的添加能夠促進Y元素向合金表面的富集，使氧化膜中的Y2O3含量增加。而過量添加Zn元素(3.5wt.%)導致氧化膜上出現(xiàn)裂紋，惡化了合金的抗氧化性能。Ce元素在Mg-Y合金中的添加能夠提高Y元素的表面活性，促進Y2O3在合金表面生成。此外，Mg-Y-Ce合金表面形成的

7、致密Y2O3膜有效的抑制了合金的內(nèi)氧化。⑸研究了Ca、Ce元素的添加對Mg-3.5Gd合金高溫氧化性能的影響。結果表明，添加0.5wt.%的Ca元素能夠明顯提高Mg-Gd合金的抗氧化性能，該合金氧化后表面形成的CaO/Gd2O3氧化膜能夠有效保護基體。隨著Ca元素添加量的提高，合金氧化膜中CaO所占的比例逐漸增加。Mg-3.5Gd合金中添加0.2或0.4wt.%的Ce元素后，合金在625℃氧化2小時后重量未發(fā)生明顯氧化，而當Ce元素添加