Mg-Zn-Al-Sn-Mn合金挤压型材耐腐蚀性能研究

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随着经济与社会的快速发展,能源短缺与环境恶化等问题日渐突出,制造业的低碳化转型升级迫在眉睫。镁合金被誉为“21世纪的绿色工程材料”,具有质量轻、高强和易回收等突出优点,在航空航天、轨道交通和汽车等领域的应用前景广阔。镁合耐腐蚀性能较为薄弱,成为限制其大规模应用的主要原因之一。通过塑性成形工艺和热处理,能够改善镁合金的微观组织,实现对其耐腐蚀性能的提升。其中,挤压成形是镁合金型材的一种重要加工方式,坯料在三向压应力作用下发生塑性变形,达到细化晶粒组织和提高型材性能的目的。Mg-Zn-Al-Sn-Mn合金具有优异的合金化条件,为镁合金耐腐蚀性能的提高创造了前提条件,但关于该合金挤压成形及后续热处理的研究较少,微观组织的演变规律及其对耐腐蚀性能的影响尚未明确,难以为Mg-Zn-Al-Sn-Mn合金的实际生产提供理论支撑。针对以上问题,本文以Mg-6Zn-5Al-3Sn-0.4Mn(ZATM6530)镁合金为研究对象,通过挤压实验研究了挤压温度和挤压速度对镁合金型材微观组织和耐腐蚀性能的影响规律;对挤压型材进行了固溶时效热处理,研究了固溶时效制度对型材微观组织和耐腐蚀性能的影响。为进一步提高ZATM6530镁合金的耐腐蚀性能,基于冷喷涂技术制备了长效耐蚀防护的Al涂层,并研究了冷喷工艺参数的影响。本课题为Mg-Zn-Al-Sn-Mn合金的挤压和热处理工艺提供了理论指导,为调控镁合金耐腐蚀性能提供了新思路,具有重要的理论意义和工程应用价值。本文的主要研究内容和结论如下:(1)在不同挤压温度和挤压速度下开展了 ZATM6530镁合金挤压实验,分析了挤出型材的微观组织和耐腐蚀性能。研究发现,较快的挤压速度能够促进第二相的形核,型材中细小弥散的第二相数量增多,再结晶得到促进,基面织构变弱。较高的挤压温度增加了第二相数量、晶粒尺寸和再结晶程度,同时削弱了基面织构强度。晶粒细化使合金耐腐蚀性能显著提高,但随着细小弥散的第二相粒子数量的增加,耐腐蚀性能变差。(2)针对ZATM6530镁合金挤压型材,开展了不同温度和时间的固溶时效热处理实验,优化了型材固溶工艺参数,研究了固溶时效工艺对型材微观组织及耐腐蚀性能的影响。研究提出适用于ZATM6530镁合金型材的固溶工艺为400℃保温2h,固溶处理后型材平均晶粒尺寸明显增加,第二相粒子大部分固溶进基体中,耐腐蚀性能得以提升。型材时效过程的析出相形貌、数量和分布随时效时间的不同而存在较大差异。欠时效的析出相数量较少;峰值时效的析出相数量大量增加,且沿特定方向交叉分布,过时效的析出相数量显著减少,但尺寸变大。时效过程的主要析出相是β1’相、β2’相和τ-Mg32(Al,Zn)49相。时效析出会加剧基体的微电偶腐蚀,削弱型材的耐腐蚀性能。(3)为满足镁合金型材长久耐蚀防护的需求,利用冷喷涂技术在ZATM6530镁合金的表面制备了 Al涂层,分析了冷喷涂工作气体温度和压力对涂层致密性、厚度及耐腐蚀性能的影响规律。研究发现,高的冷喷涂工作气体温度,能够使粒子的临界速度下降,增加沉积效率,使Al涂层中的孔隙变少。随着喷涂工作气体压力的增Al涂层的机械咬合力随之升高,表现出强烈的“夯实”效应,使平均孔隙率降低。Al涂层的孔隙率会对耐腐蚀性能受产生影响,涂层致密程度越高,耐腐蚀性能越强,并且生成的腐蚀产物会聚集在涂层孔隙或开裂处,阻碍腐蚀的扩展,进而提高Al涂层的耐腐蚀性能。
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