热处理对腐蚀行为的影响的mg - 5 - y - 1.5合金

文摘

腐蚀行为的mg - 5 - y - 1.5合金热处理后进行。研究了微观结构和降水通过扫描电子显微镜(SEM)和能量色散谱仪(EDS)。不同样本的重量损失率安排T6-24 hT6-6 hT6-14 h铸的T4。开路电位((OCP)表明,T4样本有一个更积极的潜力比其他样本。potentiodynamic极化曲线表明,T6-24 h样品的腐蚀电流密度最高245.362μ一个厘米⁻²,而T4样品最低为52.164μ一个厘米⁻²。EIS结果证实热处理降低耐腐蚀对mg - 5 - y - 1.5合金,由于降雨雪作为阴极的电化学反应加速腐蚀过程。不同样品的腐蚀速率主要是由降雨雪的数量和分布决定的。降雨雪扮演双重角色,取决于数量和分布。在合金相的存在可能会腐蚀性能恶化,因为它可以作为一种有效的阴极电。否则,罚款和均匀阶段似乎是一个更好的防腐屏障。

1。介绍

Mg-Y-Nd合金获得了成功应用,因为他们的高强度和抗蠕变性1]。钇(Y)作为一种有效的固溶体固化剂;因此,Y-containing Mg合金具有良好的力学性能(2,3]。钕(Nd)可以细化晶粒,改善镁合金的蠕变强度(4,5]。Mg-Y-Nd系统基础上,已成功开发许多商业合金,包括WE43 WE54, EW75合金(6- - - - - -9]。相当大的努力一直致力于基于Mg-Y-Nd合金的腐蚀性能10- - - - - -12]。有许多不同的沉淀阶段Mg-Y-Nd系统形式,比如毫克₃Nd、镁₁₂(YNd)和毫克₃(YNd)阶段13]。达文波特et al。14]证明了Y-rich地区减缓腐蚀的传播WE43合金更均匀分布的y Mg-Nd-Zn-Zr合金耐蚀性主要是归因于晶粒细化和细分散毫克₁₂Nd (15]。威廉姆斯et al。4]研究了Nd添加对Mg的腐蚀行为的影响,发现阴极活化腐蚀区域提出了来自Nd-rich金属间化合物颗粒。

热处理会导致沉淀阶段变化和再分配的合金元素。据报道,沉淀阶段影响醇镁合金的耐腐蚀性能。歌等。16- - - - - -19)发现一个解决方案治疗降低了大量的第二相颗粒和颗粒内部削弱强大把混乱。王等人。20.]研究.合金的显微组织的变化在T4和T6治疗。陆et al。21]分析了Mg-3Zn合金的腐蚀行为(T4和T6)通过电化学测量,发现大型MgZn粒子形成主要集中在晶界和细MgZn粒子沉淀T6处理的矩阵。Ben-Hamu et al。22研究微观结构之间的关系和腐蚀行为的peak-aged Mg-Y-Gd-Zr合金。从上面的,热处理的影响Mg-Al耐腐蚀的合金被广泛报道,尤其是AZ91镁合金。然而,热处理的影响Mg-Y-Nd合金的腐蚀性能仍未清楚。

在这工作,mg - 5 - y - 1.5合金热处理后进行调查,揭示了降雨雪对热处理期间耐蚀性的影响。不同样品的微观结构和腐蚀行为之间的关系进行了分析。结果表明,热处理显著影响microgalvanic腐蚀阳极和阴极之间的阶段α毫克矩阵。降雨雪扮演双重角色,取决于数量和分布。结论表明,Mg-Y-Nd合金的腐蚀性能可以修改通过控制热处理过程。

2。实验

2.1。材料

mg - 5 - y - 1.5合金是由融化在一个电阻炉钢坩埚保护气体组成的基于“增大化现实”技术和C₂H₂F₄为了防止燃烧的融化。准备的材料混合适当的比例从锭商业纯度毫克(> 99.95%),Y (99.9%), Nd (99.9%)。最高的冶炼温度为850°C和铸型温度是720°C到750°C。

样本从电火花线切割机的钢锭。合金的实际成分检测到电感耦合等离子体原子发射光谱法(icp - aes)。化学成分如下:Y, 5.02;Nd, 1.50;,0.019;铁、0.013;平衡毫克。治疗(T4)的解决方案是在535°C执行12 h在氩气氛其次是水淬25°C。老化的合金T6热处理在225°C 6 h, 14 h和24小时。详细的热过程本研究的样本是表所示1。

2.2。实验程序

气体收集,数据集的厘米是准备和称重,然后由环氧树脂密封1厘米²接触表面。一个漏斗倒在示例生成的氢转移泡沫期间滴定管的浸泡。样本的5000 -勇气碳化硅纸上,然后用三个复制样品每个合金在3.5%氯化钠溶液24 h。

样品的电化学测试数据集厘米。在测试之前,电极封装在环氧树脂的表面1厘米²暴露于450毫升3.5%氯化钠溶液(用AR氯化钠和去离子水)在一个烧杯25±1°C。(OCP, potentiodynamic极化曲线,得到了EIS Solatron 2273系统。potentiodynamic扫描后进行0.5 mV / s细胞在400年代(OCP举行。测定了EIS 0.1赫兹的频率从10000 Hz 5 mV的振幅正弦信号对(OCP潜力。

2.3。分析和表征方法

微观结构的mg - 5 - y - 1.5合金在SEM的特征。EDS分析合金进行了识别确认阶段。当浸渍试验完成后,不同样品的表面腐蚀产物被沸腾的铬酸(20%的作物₃+ 1% AgNO₃)5分钟(23]。样本然后迅速与去离子水清洗,干燥,称重获得最后的重量()。之间的区别和是腐蚀减肥()。样品的表面形态没有腐蚀产物被扫描电镜观察。

3所示。结果与讨论

3.1。样品的微观结构

毫克的SEM照片- 5 - y - 1.5合金在不同条件下见图1。如图1(一)铸态合金的显微组织由α毫克矩阵,粒子阶段,骨骼共晶阶段。特写镜头清晰地表明,少量的骨架共晶阶段是分布在铸态合金的表面,而大量的粒子阶段主要是离散分布(图1 (b))。微结构的mg - 5 - y - 1.5合金均匀化退火(T4)期间发生了变化。过的体积分数降雨减少,骨架共晶阶段几乎是看不见的。少降雨雪几乎完全溶解,除了粒子阶段,和过饱和α毫克矩阵图1 (c)。

T6-6 h热处理后,大量的粒子沿着晶界沉淀阶段,在过饱和的谷物α毫克的阶段。与此同时,少量的骨骼开始形成共晶阶段。T6处理使Y和Nd原子向晶界扩散形成降雨雪,这个过程减少了Y和Nd原子浓度α毫克矩阵。延长老化时间,Y和Nd-contentα毫克矩阵逐步沉淀和分布式一致(数字1 (d)- - - - - -1 (f))。降雨雪将作为电化学反应加速腐蚀的阴极过程(24- - - - - -26]。延长老化时间,大量的骨架共晶沉淀增加,形成一个连续均匀分布。

EDS分析来描述组件mg - 5 - y - 1.5合金的铸态超过三个复制。结果在图基本上是一样的2。白色的对比粒子阶段和共晶阶段被安排毫克₃(Y, Nd)和Mg₁₂(分别为Y, Nd)。伟大的区别是,Y毫克的内容₃(Y, Nd)阶段是高于毫克₁₂(Y, Nd)阶段,但Nd内容恰恰相反。Y和Nd的位置的内容丰富是由于溶质原子富集在固体/液体界面的非平衡凝固,而溶质原子必须被推到晶界(27,28]。

3.2。气体收集和减肥

气体收集相当于雇佣一个减肥方法,腐蚀速率测试和更方便计算在给定的时间内平均腐蚀速率。在当前的工作,腐蚀速率研究氢进化和减肥同时测试测量每个样品。图3显示不同样本的平均氢进化率在3.5%氯化钠24 h。不同样品的腐蚀速率增加的延长浸泡时间。T6-24 h样本显示最大的腐蚀速率由于数量和分布的沉淀阶段,这是microcathodes微蜂窝技术。浸,期间的相对腐蚀速率不同的样本可以列为T6-24 hT6-6 hT6-14 h铸的T4。

腐蚀速率的计算如下:,在那里是重量损失率(毫克厘米⁻²),是原来的重量(毫克),最终的重量没有腐蚀产物(毫克),然后呢是表面积(厘米²)。每种类型有三个样本,所以平均腐蚀速率。图4表明T6-24 h样品的腐蚀速率最高1.3331毫克厘米⁻² h⁻¹,而T4样品最低为0.3259毫克厘米⁻² h⁻¹。重量损失率可以安排T6-24 hT6-6 hT6-14 h铸的T4。当T6样本年龄在225°C 6 h,笨重的沉淀阶段形成的α毫克矩阵和沿晶界,导致的腐蚀速率大幅增加。当老化时间从6小时增加到14 h,沉淀阶段分布均匀形成腐蚀障碍,所以减肥的速度在一定程度上减少。沉淀相的数量成为最大的T6-24 h热处理后,作为阴极的电化学反应。因此,加速腐蚀比腐蚀更有效的屏障,所以T6-24 h样品腐蚀最严重。

3.3。腐蚀产物和表面形态

形成的腐蚀产物表面的样本的特征x射线衍射图5。它可以证明,Mg, Mg(哦)₂Y (OH)₃和Nd(哦)₃分析的主要组件玉5.0软件。然而,Mg的特征峰上的腐蚀产物T4样本高于其他的样品,而毫克(OH)的特征峰₂Y (OH)₃和Nd(哦)₃只是相反的。更有趣的是,Y (OH)的特征峰₃和Nd(哦)₃在腐蚀产物被发现在铸态和peak-aged样本,这并不符合文献[29日,30.]。通常,Y (OH)的数量₃和Nd(哦)₃腐蚀产物的检测。这一现象表明,铸态和peak-aged样本已经严重腐蚀。因此,特征峰的Y (OH)₃和Nd(哦)₃出现在腐蚀产物。

浸泡试验后,表面没有腐蚀产物形态如图6。铸态试样的腐蚀攻击发生水平方向图6(一),而部分α毫克矩阵和沉淀阶段完好无损。大未腐蚀的位置不规则地分布在T4的样本,这表明,最轻微的损伤发生在合金的表面。之间发生严重腐蚀T6-6 h样本矩阵和沉淀,导致大量的腐蚀坑。然而,表面腐蚀形态的peak-aged合金(T6-14 h)显示出减少的趋势。随着老化时间的延长,腐蚀的超龄样本逐渐加重;甚至一些腐蚀领域几乎完全腐蚀。最严重的腐蚀发生在图6 (e);只有少量的沉淀相的存在。

3.4。电化学特征

图7显示了电化学特征、腐蚀电位()和腐蚀电流()在3.5%氯化钠溶液不同样品的测量。测量前的开路电位相对稳定。所有的样品很快达到一个相对稳定的值,平衡已建立。腐蚀产物膜形成表面的样品,和没有明确的局部腐蚀发生。有意思的是发现T4样本有一个更积极的(OCP比其他样本(−1.6148 V),这意味着降低驾驶比铸的局部腐蚀和T6样本。(OCP结果暗示电化学活动订单可以安排T6-24 hT6-6 hT6-14 h铸的T4。

potentiodynamic极化曲线的mg - 5 - y - 1.5合金不同样本调查。阴极塔费尔斜坡样品在不同条件下的结果相似,这表明发生析氢反应(31日,32]。在阴极与阳极分支,分支表现出线性塔费尔行为潜力比一个至关重要的潜在负面。众所周知,当前与减少氧气可以忽视和塔菲尔地区内的阴极过程主要是氢进化在无定向解决方案没有搅拌;镁合金阳极极化曲线的一个复杂的自然原因的同时结合阳极溶解和氢进化在阳极极化区;因此,塔菲尔外推法计算腐蚀电流密度可以通过切线阴极进行分支。腐蚀电流密度的值的mg - 5 - y - 1.5合金如图7。的价值245.362 T6-24 h样本中最高的μ一个厘米⁻²,因为毫克₃(Y, Nd)和Mg₁₂沿晶界(Y, Nd)阶段作为阴极的电化学反应加速腐蚀过程。T6-14 h样本成为低于T6-6 h,因为Mg的连续分布₁₂(Y, Nd)阶段形成了腐蚀保护的障碍α矩阵。这些结果符合上面提到的减肥速度和表面腐蚀形态。电化学阻抗谱表现出不同特征的电化学腐蚀反应。EIS的半圆T4样本是最大的,这说明氢进化反应是最困难的α毫克矩阵。这一现象表明,T4样本与单相microgalvanic最低反应。

在样品的腐蚀与microgalvanic腐蚀加速度的增加是一致的α步,有一个内在的腐蚀速率。老化时间增加的数量增加沉淀阶段。序列中的腐蚀电流密度增加年龄样品可以归因于结合这两个效果:(i) Y从谷物和Nd元素沉淀,导致这一事实的潜力矩阵成为低,和(2)增加microgalvanic腐蚀沉淀阶段和矩阵之间的直接增加了腐蚀速率。然而,peak-aged样本与早期相比呈下降趋势,然后是超龄样品继续增加而peak-aged样本。这一现象表明,腐蚀速率低peak-aged样本归因于一个连续的网络沉淀阶段,这将作为腐蚀传播的障碍。

3.5。腐蚀机理

微观结构腐蚀机理相关的原理图如图8。实际上,有一个毫克体积分数和分布的差异₃(Y, Nd)和Mg₁₂(Y, Nd)阶段的mg - 5 - Y - 1.5合金经过热处理。在这项研究中,不同样品的腐蚀速率主要是由降雨雪的数量和分布根据歌曲的经典理论等。33,34]。阶段扮演双重角色,取决于数量和分布。在合金相的存在可能会腐蚀性能恶化,因为它可以作为一种有效的阴极电。否则,罚款和均匀阶段似乎是一个更好的防腐屏障。

4所示。结论

(1)mg - 5 - y - 1.5合金在不同条件下进行调查,揭示了热处理对电化学腐蚀行为的影响。不同样品的微观结构主要包括α毫克矩阵和毫克₁₂(Y, Nd)和Mg₃(Y, Nd)阶段。沉淀阶段几乎溶解进入α毫克矩阵。的数量和体积分数毫克₁₂(Y, Nd)和Mg₃(Y, Nd)阶段延长老化时间的增加。

(2)T6-24 h样本显示,减肥1.3331毫克厘米⁻² h⁻¹,而T4样本率最低为0.3259毫克厘米⁻² h⁻¹。不同样品的电化学腐蚀活动可以安排T6-24 hT6-6 hT6-14 h铸的T4。沿晶界沉淀阶段形成的时效处理后,导致腐蚀反应迅速增加的事实。然而,沉淀阶段peak-aged样本分布均匀腐蚀的障碍。

(3)腐蚀的微观结构影响可以理解从以下三个因素的交互作用:(i)形成的表面膜的表面α毫克可以或多或少有效地阻碍腐蚀,或多或少有效控制腐蚀均匀腐蚀和局部腐蚀的形式,(ii)沉淀阶段毫克₁₂(Y, Nd)和Mg₃(Y, Nd)会导致microgalvanic加速腐蚀的矩阵α毫克,(3)沉淀阶段可以作为屏障,阻碍腐蚀的腐蚀传播矩阵。

(4)电化学结果证实的微观结构和沉淀阶段mg - 5 - y - 1.5合金发挥了重要作用,这表明Mg-Y-Nd合金的耐腐蚀性能通过热处理可以修改。本研究将提供一个指导基于洞察发展Mg-Y-Nd合金。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者欣然承认中国的国家自然科学基金(批准号51501181)和中国博士后科学基金(批准号2015 m582155)为这项工作提供支持。

引用

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