1、长春工业大学本科毕业论文I摘 要论述了 Mg-Al-Zn 系合金经过固溶处理后组织和耐腐蚀性能的变化。通过观察经固溶处理后的组织及塔菲尔曲线，对 Mg-Al-Zn 系合金固溶处理后的组织和电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明，经过固溶处理后的镁合金显微组织晶粒长大明显，-（Mg 17Al12）相部分溶解在基体组织中，在温度达到 560 度以上时，组织发生过烧现象。与未经处理镁合金的耐腐蚀性能相比，经过固溶处理后的镁合金耐腐蚀性能无明显增加。关键词：镁合金；固溶处理；显微组织；耐腐蚀性能长春工业大学本科毕业论文IITitle: Solution Treatment on Mg-Al-Zn allo
2、ys organizations and the impact of corrosion resistanceAbstractDiscusses the Mg-Al-Zn alloy after solution treatment and corrosion resistance after the organization changes. By observing the organization after solution treatment and the Tafel curves of Mg-Al-Zn alloy after solution treatment and ele
3、ctrochemical corrosion behavior was studied. The results showed that, after the magnesium alloy after solution treatment microstructure grain growth significantly, -(Mg17Al12) phase partially dissolved in the matrix organization, in the temperature reaches 560 degrees, the tissue over-burning phenom
4、enon. With untreated corrosion resistance of magnesium alloys compared to that after the magnesium alloy after solution treatment did not increase the corrosion resistance.Keywords： Magnesium alloy； Microstructure； Corrosion resistance长春工业大学本科毕业论文III学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文
5、中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日长春工业大
6、学本科毕业论文IV目 录目 录 .3第一章 绪论 .41.1 选题的目的与意义 .41.2 镁合金 .51.2.1 镁合金的发展 .51.2.2 镁合金的性能及应用 .61.2.2.1 镁合金在汽车上的应用： .61.2.2.2 镁合金在 3C 产品上的应用： .71.2.3 镁合金的种类及发展趋势 .71.2.3.1 镁合金的种类 .71.2.3.2 镁合金的发展趋势 .81.3 合金元素对镁合金组织和力学性能的影响 .101.3.1 镁合金主要化学成分 .101.3.2 合金元素对合金组织和力学性能的影响 .111.4 固溶处理的作用 .131.4.1 固溶与时效处理 .131.5 稀土镁
7、合金 .141.5.1 稀土镁合金的发展现状 .141.5.2 稀土镁合金的开发应用及前景 .151.6 本论文的主要研究内容 .16第二章 试验方法及设备 .172.1 实验选用材料 .172.1.1 固溶处理实验所使用的材料 .172.1.2 金相实验选用的材料 .172.1.3 耐腐蚀实验所使用的材料 .172.1.4 X 射线衍射实验所使用的材料 .172.2 实验方案 .172.3 实验过程 .192.3.1 固溶处理实验的过程 .192.3.2 金相实验的过程 .192.2.3 极化曲线实验的测试过程 .192.4 实验设备 .20第三章 固溶处理对 Mg-Al-Zn 系镁合金显微
8、组织的影响 .223.1 AZ91D 及 AZ91D-RE 合金的显微组织特征分析 .223.2 AZ91D 及 AZ91D-RE 镁合金固溶处理后显微组织特征分析 .243.3 本章总结 .26第四章 固溶温度对 Mg-Al-Zn 系镁合金显微组织的影响 .274.1 不同温度对 Mg-Al-Zn 系合金显微组织的影响 .274.2 本章总结 .31第五章 固溶时间对 Mg-Al-Zn 系镁合金显微组织的影响 .325.1 不同时间对 Mg-Al-Zn 系镁合金显微组织的影响 .32长春工业大学本科毕业论文V5.2 本章结论 .34第六章 固溶处理对 Mg-Al-Zn 系镁合金耐腐蚀性能的影
9、响 .354.1 固溶处理后冷却速度对 AZ91D-RE 系镁合金耐腐蚀性能的影响 .374.2 不同固溶处理时间对 AZ91D-RE 系镁合金耐腐蚀性能的影响 .384.3 结论 .39第七章 结论 .40参考文献 .41致谢 .44长春工业大学本科毕业论文1第一章 绪论1.1 选题的目的与意义当前，由于环保和节能的需要，汽车轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。汽车轻量化的途径很多，其中采用铝、镁轻质材料是汽车轻量化重要措施。20 世纪 90 年代以来，全球掀起了镁合金开发应用的热潮，镁合金以其丰富的资源、可回收再生、高比强度、高比刚性、优异的压铸性能、良好切削加工性、阻尼减振和再生循环等突出
10、性能，正重新在汽车轻量化结构材料领域发挥越来越令人瞩目的作用，并且随着镁压铸循环经济技术和镁冶金新技术的进步，镁合金压铸件生产的利润空间将打开，镁会在追求轻量化和性价比的结构材料领域得到越来越广泛的应用。镁合金正成为继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料，被誉为“21 世纪绿色工程材料” ，世界镁产业以每年 15%-25%的幅度增长，这在近代工程金属材料的应用中是前所未有的。镁合金广泛应用于航空、航天、交通工具、3C 产品、纺织和印刷行业等。但是普通镁合金的机械、耐蚀、耐高温性能较低，从而限制了其应用范围。因此，研究开发具有高强度、耐热、耐蚀等性能的镁合金，拓展镁合金的应用领域，成为镁合金科研工作
11、者的重要课题。我国有丰富的稀土和镁资源,是稀土和镁资源储备、生产、出口的第一大国。因此,研究开发稀土镁合金在我国具有独特优势,合理利用稀土资源,开发含稀土的高强、耐蚀性能镁合金,不但能进一步增加镁合金材料在汽车工业、通讯电子业等行业领域中的应用,也可促进镁合金材料在新领域中的进一步开发和利用,也为稀土材料的应用开辟出十分广阔的领域。但我国在稀土新材料的开发应用方面与日本、美国等发达国家相比还有相当大差距。目前稀土元素仍是作为辅助元素,其加入的质量分数不大于 11%。进一步开发使稀土成为主加元素,并研究稀土元素与镁合金及其他元素(如 Ca、Zn 等)之间的合金化机制,从而研制出最佳合金配比的特殊
12、性能镁合金。近年来,稀土合金的研究有了很大发展,世界各国纷纷制定有利于镁合金产业发展的政策,稀土在镁合金中的应用开发条件逐渐成熟,随着稀土镁合金的优良特性逐步为人们所接受,其应用市场也将更广阔 1。本论文考察固溶处理对 Mg-Al-Zn 洗合金显微组织和耐腐蚀性能的影响，揭示不长春工业大学本科毕业论文2同固溶处理时间和固溶处理温度对 AZ91D 镁合金及含混合稀土（Ce，La）的 AZ91D镁合金的显微组织和抗腐蚀性能的影响规律。1.2 镁合金1.2.1 镁合金的发展1808 年在实验室制得纯镁，1886 年镁合金在德国开始工业化生产，1930 年德国首次在汽车上运用镁合金 73.8Kg，19
13、35 年苏联首次将镁合金用于飞机生产，1936年德国大众用压铸镁合金生产“甲克虫“汽车发动机传动系统零部件，1946 年达到单车镁合金用量 18Kg，1938 年英国伯明翰首次将镁合金运用到摩托车变速箱壳。20世纪 40 年代皮江炼镁法发明，由于工艺简单，生产成本大幅降低，使全世界的原镁产量大幅增加，但能源消耗大，污染环境严重。此前所用的电解法炼镁，虽然洁净，但生产成本较高 2。国外对于镁合金的发展非常重视，各国纷纷加大镁合金制品的研发力度，尤其是 20 世纪 90 年代以来，相继出台了镁研究计划，开展了大型的“产、学、研“联合攻关项目和计划。德国政府制订了一个投资 2500 万德国马克的镁合
14、金研究开发计划，主要研究压铸合金工艺，快速原型化与工具制造技术和半固态成型工艺，以提高德国在镁合金应用方面的能力；1993 年欧洲汽车制造商提出“3 公升汽油轿车“的新概念，美国也提出了“PNGV“（新一代交通工具）的合作计划 3，其目标是生产出消费者可承受的每百公里耗油 3 公升的轿车，且整车至少 80以上的部件可以回收，这些要求迫使汽车制造商采用更多高新技术，生产重量轻、耗油少、符合环保要求的新一代汽车；日本通过了“家电回收法“，以限制工程塑料的使用，率先将镁合金用于笔记本电脑、移动电话、数码相机、摄像机上，并计划推广到家电和通讯器材等领域 4。国内对镁合金的发展也日益重视，10 多年来，
15、中国镁工业以年均 37的增长率迅速发展，成为世界镁生产大国、出口大国，也给中国经济发展带来无限生机。但是，快速发展的同时，带来一些问题：如工艺简单，技术装备落后，环境恶劣，资源、能源浪费比较严重，产品质量不够稳定等。这些问题必将给镁业良性发展带来严重后果。因此，急需以新技术和先进装备改造和提升镁冶炼；以科学发展观，全面创新，提升皮江法镁冶炼产业水平，建立科技型、环保型、效益型的机械化、自动化的“新型镁冶炼示范企业” 。生产优质镁合金，以带动和影响镁冶炼行业健康有序地发展。在镁产业发展战略上做到完善宏观战略决策体系，建立镁及镁产业发展的目标选择与动态调整机制；长春工业大学本科毕业论文3建立经济、
16、科技部门信息共享机制，加强产业政策、技术政策和投资机制之间的协调；实施知识产权战略，加速国家标准的制定与推广，加速标准国际化；加强“官产学研”协调合作，充分发挥人的创造力，培养多层次高素质创新人才；重视国际合作，加强自主创新，突出区域比较优势，培育高新技术型产业集群和增长级。1.2.2 镁合金的性能及应用镁合金引起人们的关注是在 2002 年。镁合金现阶段的应用前景,是做为工业品外壳取代塑料。和塑料相比,镁合金更轻,强度更高,抗振动,能吸收电磁辐射,80%以上的镁合金还可再回收利用,对环境污染小,故镁合金被称为“绿色金属”,广泛应用于航空航天、军用品,交通工具、机械设备、通信设备、办公设备、光
17、学设备、体育用品等 10 多个领域,是 21 世纪的朝阳产业 5。1.2.2.1 镁合金在汽车上的应用：镁合金压铸件具有重量轻、延伸率高,减震性能强、屏蔽性能好、易加工、易回报等诸多优良特性,以及良好的社会效益和经济效益,目前已被发达国家广泛用于汽车仪表板、座椅支架、变速箱壳体、方向操纵系统部件、发动机罩盖、车门、框架、发动机缸体等零部件上。镁合金零件的性能: 质量轻,密度仅为 1.7,是铝的 2/3,钢的 1/4,换用镁合金可减轻整车重量,间接减少了燃油消耗量。 比强度高于铝合金和钢,比刚度接近铝合金和钢,能够承受一定的负荷。 具有良好的铸造性和尺寸稳定性,易于加工,废品率低,降低生产成本。
18、 具有良好的阻尼系数,减振量大于铝合金和铸铁,其壳体可降低噪声制作座椅、轮圈可减少振动,提高汽车的安全性和舒适性。虽然镁合金成本高于铝合金,但镁合金的应用前景仍然看好,福特汽车公司已开始用镁合金制造悬架零件、制动盘和制动钳等 6。1.2.2.2 镁合金在 3C 产品上的应用：3C 产品是当今全球发展最快速的产业,与传统 3C 产品所使用的材料相比,镁合金优越性表现在: 轻量化:比重为铝合金的 2/3,锌合金的 1/4,为塑料的 115 倍;其比重是所有长春工业大学本科毕业论文4结构用合金中最轻的,因此极适于做 3C 产品外壳。 刚性较高:比刚性与铝合金、锌合金相近,但为一般塑料的 10 倍,在
19、强度上优于塑料材料。 振动吸收性良好:比阻尼容量为铝合金的 1025 倍,锌合金之 115 倍,吸震能力优异,用在可携式设备上有助于减少外界震动源对内部精密电子、光学组件的干扰。 电磁波绝缘性佳:其本身为金属,属良导体,可以直接扮演电磁遮蔽的角色,而塑料材料需要另做导电处理 7。 散热性良好:热传导度略低于铝合金及铜合金,但远高于钛合金,比热则与水接近,是常用合金中的最高者。考虑到笔记本电脑等产品的散热需求,镁合金外壳传热快,自身又不容易发烫,无疑是极佳的选择。 耐蚀性佳:耐腐蚀(盐腐蚀试验上)为碳钢的 8 倍、铝合金的 4 倍、塑料材料的 10 倍以上,防腐能力优良。 质感极佳:镁合金产品的
20、外观及触摸质感佳。 可回收使用:在环保意识高涨的大环境下,只需要花费相当于新料价格的 4%,即可将镁合金制品及废料回收使用。由于镁合金成型的优良率与产品品质,镁合金的板片制造、成型加工与表面处理将成为主流技术。各大笔记本电脑厂商都将大量采用镁合金机壳,以取代碳纤维机壳和铝合金机壳。镁合金还可以有效地保护手机屏幕,手机厂商已经自发形成了对镁合金的需求 8。1.2.3 镁合金的种类及发展趋势1.2.3.1 镁合金的种类镁合金按照其用途与制造方式的不同可分为图 1-1 所述种类：长春工业大学本科毕业论文5图 11 镁合金的分类1.2.3.2 镁合金的发展趋势（1） 高强度镁合金日本东北大学金属材料研
21、究所开发出具有高强度、高延展性、耐热、质轻的镁合金,是在急速冷却条件下将镁、锌和钇的金属粉末按一定比例混合,用高压挤压而成,其中镁、锌、钇原子数比例为 9712。这一构成使新的镁合金既具有高强度又富有延展性,在横截面积为 1mm2 的新型镁合金丝上挂 60kg 的重物不会变形,强度至少是以往镁合金的 215 倍,为目前强度最高的镁合金,其耐热强度是目前镁合金的2 倍以上；且极易加工。另外,经过精炼加工后,还可将镁从该合金中再单独分离出来,非常利于循环利用。这种镁合金完满解决了以往镁合金的高强度和延展性不可兼顾之问题,预计除广泛用于家电产品外,还将在机器人、人造卫星等要求材料既轻又结实的领域发挥
22、巨大威力。（2） 耐热镁合金耐热性差是妨碍镁合金广泛应用的主要原因之一,当温度升高时,其强度和抗蠕变性能大幅度下降,限制了其做为关键零件(如发动机零件)材料在汽车等工业中的更广泛应用。日本长冈技术科学大学开发出一种耐热性能优良、易于加工的镁合金,在镁中添加了钙、稀土类元素以及锌等成分,钙和稀土类元素提高了材料的耐热性,锌增加了其柔软性。实验证明,即使在高压状态下,在 175的高温下放置约 100h,这种镁合金也不会变形,可用来生产变速机的包装盒等形状复杂的部件。Mg-Al-Si(AS)系合金是德国大众汽车公司开发的压铸镁合金 9。175时的 AS41 合金蠕变强度明显高于 AZ91 和 AM6
23、0 合金。但 AS 系镁合金由于在凝固过程中会形成粗大的汉字状Mg2Si 相,损害了铸造性能和机械性能。研究发现,微量 Ca 的添加能够改善汉字状Mg2Si 相的形态,细化 Mg2Si 颗粒,提高 AS 系列镁合金的组织和性能。（3）阻燃镁合金镁合金在熔炼浇铸过程中易发生剧烈的氧化燃烧,有效的阻燃方法是使用熔剂保护法和 SF6、SO 2、CO 2、Ar 等气体,但同时会产生严重的环境污染,并降低合金性能,增大设备投资。2004 年 3 月,日本独立行政法人产业技术综合研究所(以下简称产综研)成功加工出了阻燃性镁合金材料的汽车顶箱(长 2000宽 670高 270mm,重约1215kg),利用了不破坏母材良好特性的搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding ,FSW)
