Mg-Al金屬間化合物合金化及其應(yīng)用特性研究.pdf

1、金屬間化合物具有高強(qiáng)度、高硬度、抗腐蝕、耐高溫等優(yōu)異的性能，同時(shí)具有特殊的聲、光、電學(xué)性質(zhì)，可以被用于結(jié)構(gòu)材料也能被用作功能材料。但是，金屬間化合物往往具有室溫脆性，這極大的影響著它們的應(yīng)用。因此，改善室溫脆性是拓展金屬間化合物使用范圍的有效途徑。目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)金屬間化合物的研究工作主要集中于鋁系和硅系。AZ系鎂合金的顯微組織中常見的第二相Mg17Al12也是一種鋁系化合物，近年來(lái)，它們?cè)谀承┓矫娴男阅芤彩艿疥P(guān)注。一是作為防護(hù)涂層的制備

2、方法及其耐蝕性，二是作為儲(chǔ)氫合金的吸放氫特性。但Mg-Al金屬間化合物的力學(xué)特性卻較少受到關(guān)注。針對(duì)這一不足，本文通過(guò)合金化方法，研究合金元素對(duì)Mg17Al12金屬間化合物組織和力學(xué)性能的影響，并對(duì)其潛在應(yīng)用進(jìn)行探索性研究。實(shí)驗(yàn)通過(guò)添加Er、Y和B，研究合金元素對(duì)Mg17Al12金屬間化合物顯微組織形貌、相組成、硬度、壓縮性能、耐腐蝕性能及熱穩(wěn)定性的影響?？紤]到Mg17Al12硬度高，但室溫脆性大，將其與泡沫Al進(jìn)行結(jié)合，研究Mg17A

3、l12增強(qiáng)泡沫Al的吸能特性。Mg17Al12具有較高的理論儲(chǔ)氫量，試驗(yàn)中研究了Y對(duì)Mg17Al12金屬間化合物儲(chǔ)氫性能的影響。研究了Mg-Al-Er涂層對(duì)鎂合金的防護(hù)效果。制備了接近Mg-Mg17Al12共晶組織成分的Mg70Al30合金，并研究了其在酸溶液中的腐蝕行為。最后利用近共晶合金的腐蝕特性成功地制備了具有表面多孔結(jié)構(gòu)的Mg-Al合金。通過(guò)研究得到以下主要的結(jié)論:
　　(1) Mg-Al-Er合金的顯微組織隨Er含量的不

4、同而變化。當(dāng)Er含量低于1.0叭.％時(shí)，合金僅由Mg17Al12基體和Al3Er相組成。當(dāng)Er含量超過(guò)3.0 wt.％時(shí)，基體中除了Al3Er相外還出現(xiàn)了Mg17Al12-Mg共晶組織。和Mg-44.3Al合金（單相Mg17Al12）的硬度相比，含Er合金的硬度都有了較大的提高，結(jié)合計(jì)算結(jié)果表明主要原因?yàn)樘砑覧r后引起的晶粒細(xì)化。添加Er后，合金的抗腐蝕能力和耐磨損性能都有明顯的提高。其中，Mg-43.8Al-1.0Er合金具有最好的耐

5、蝕性和最強(qiáng)的抑制陰極析氫能力，而Mg-42Al-5.0Er合金具有最好的耐磨損性能。
　　當(dāng)Y含量低于1.0 wt.％時(shí)，Mg-Al-Y合金由Mg17Al12基體和Al2Y組成。當(dāng)Y含量超過(guò)1.0 wt.％時(shí)，Mg-Al-Y合金中出現(xiàn)了Mg17Al12-Mg共晶組織。Y含量為2.0 Wt.％～5.0 Wt.％時(shí)，合金的硬度相差很小為285～290HV。
　　(2)利用熱壓燒結(jié)法在AZ61鎂合金表面制備了Mg-Al-Er金屬間

6、化合物涂層。電化學(xué)測(cè)試和滑動(dòng)磨損試驗(yàn)結(jié)果表明涂層樣品的耐蝕性和耐磨性比AZ61鎂合金基體有很大的提高，且都好于熱擴(kuò)散涂層。原因在于涂層中形成的高硬度Al3Er第二相使得燒結(jié)涂層具有較好的耐磨損性能，而Er還可以抑制涂層的析氫腐蝕。
　　(3) Mg-xAl-yY(x=44.3，43.8，43;y=0，1.0，3.0)合金在球磨30h內(nèi)，隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)沒有發(fā)生相變，但衍射峰強(qiáng)度降低、峰寬化。添加稀土Y能有效地改善Mg17Al12

7、合金的吸放氫性能，添加Y使合金的吸放氫速率和放氫平臺(tái)壓力顯著升高。其中添加1.0 wt.％Y合金的吸氫量和放氫量均很高，分別為3.39％和2.84％，且有較寬而平坦的放氫平臺(tái)壓力為1.33MPa。
　　(4)隨著Mg-Al-B合金中B的含量從0.1 wt.％增至1.35 wt.％，合金的組織由單相樹枝晶逐漸向以共晶組織為主過(guò)渡。B含量≤1.25 wt.％時(shí)，合金的顯微硬度變化不大，為223HV～229HV。B含量為1.35 wt.

8、％時(shí)，硬度較低為192HV，但壓縮應(yīng)變和壓縮強(qiáng)度極限比Mg-44.3Al合金的分別提高了25％和57％。隨著B含量的增加合金的熔點(diǎn)和自腐蝕電位呈單調(diào)下降趨勢(shì)。
　　(5) Mg70Al30合金的顯微組織主要由α-Mg枝晶和Mg-Mg17Al12共晶組織組成。合金在H2SO4和乙酸(HAc)溶液中的腐蝕行為有很大的不同。Mg70Al30合金在pH=1.0的H2SO4溶液中表現(xiàn)為全面腐蝕，而在pH=1.0的HAc溶液中表現(xiàn)為選擇性腐蝕

9、。共晶組織中晶粒的取向?qū)辖鹪贖Ac溶液的腐蝕行為有較大影響，點(diǎn)狀共晶組織具有比羽毛狀共晶更好的抗腐蝕剝落能力。晶粒取向?qū)辖鹪贖2SO4溶液中的腐蝕行為影響較小。共晶組織在兩種溶液中均具有比α-Mg枝晶組織較好的耐蝕性。Mg-Mg17Al12共晶合金發(fā)生選擇性腐蝕需要兩個(gè)條件。一是，兩相間具有較大的自腐蝕電位差;二是，耐蝕相在去合金化溶液中具有良好的耐蝕性。
　　(6)填充金屬間化合物Mg17Al12的泡沫鋁復(fù)合材料具有實(shí)心結(jié)構(gòu)