【摘 要】
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镁合金具有低密度、高比强度、易回收利用等优点,适用于国防军工、汽车制造、3C产品等许多领域。镁合金的绝对强度、塑性和耐蚀性能进一步发展,才能充分发挥其轻量化优势并扩大应用范围,而合金化是改善镁合金综合性能最有效的方法之一,其中,通过低成本的碱土元素Ca与稀土元素Ce复合添加提高镁合金的性能值得研究。本文通过熔炼和挤压实验得到AZ91-0.4Ce-x Ca（x=0,0.4,0.8,1.2 wt.%）
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镁合金具有低密度、高比强度、易回收利用等优点,适用于国防军工、汽车制造、3C产品等许多领域。镁合金的绝对强度、塑性和耐蚀性能进一步发展,才能充分发挥其轻量化优势并扩大应用范围,而合金化是改善镁合金综合性能最有效的方法之一,其中,通过低成本的碱土元素Ca与稀土元素Ce复合添加提高镁合金的性能值得研究。本文通过熔炼和挤压实验得到AZ91-0.4Ce-x Ca（x=0,0.4,0.8,1.2 wt.%）合金,由不同冷速模具浇铸得到AZ91-0.4Ce-x Ca（x=0.4,0.8 wt.%）合金。采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析、拉伸测试、腐蚀失重法、腐蚀析氢法、电化学测试等手段分析了Ca对铸态、不同冷速铸态和挤压态AZ91-0.4Ce-x Ca合金组织与性能的影响规律。研究得到以下结果:（1）、添加Ca元素可细化铸态AZ91-0.4Ce-x Ca合金的枝晶组织,但Ca含量超过0.8 wt.%后失去细化效果。铸态合金主要由α-Mg、Mg17Al12、Al4Ce和Al2Ca相组成,Ca元素的添加使得Mg17Al12相由树枝状转变成长条状或者尺寸较小的块状,且基体中出现小颗粒状或球状的Al2Ca相。随着Ca含量增加,铸态合金显微硬度值逐渐增加,1.2 wt.%Ca合金达到最大硬度值81.9 HV;室温力学性能先增加后降低,0.8 wt.%Ca铸态合金的综合力学性能最佳,其屈服强度、抗拉强度、延伸率分别为94 MPa、178 MPa、2.7%。铸态AZ91-0.4Ce-x Ca合金的室温拉伸断裂方式主要包括沿晶断裂和准解理断裂。（2）、在试验冷却速率范围内,铸态AZ91-0.4Ce-x Ca（x=0.4,0.8 wt.%）合金主要由α-Mg、Mg17Al12、Al2Ca和Al4Ce相组成,相组成不随冷速变化。随着冷却速率的降低,合金的枝晶组织变粗大,Mg17Al12第二相从细小均匀的长条状或者线状分布转变成大尺寸的鱼骨状分布,Al2Ca相和Al4Ce相也逐渐粗化。当冷却速率低于9.27℃/min时,0.4 wt.%Ca合金中有类似珠光体形状的二次β″-Mg17Al12相析出。合金的力学性能随冷却速率减小而下降,当冷却速率为19.2℃/min时,铸态AZ91-0.8Ca-0.4Ce合金力学性能最优,其屈服强度、抗拉强度、延伸率分别为110 MPa、184 MPa、2.6%。在较高冷却速率条件下（≥18.5℃/min）,合金的断裂方式为准解理断裂,较低冷却速率条件下（＜18.5℃/min）,合金的断裂方式主要为晶间断裂。（3）、挤压态AZ91-0.4Ce-x Ca合金主要由α-Mg、Mg17Al12、Al4Ce、Al2Ce、Al2Ca相组成。Ca含量在0～0.8 wt.%范围内,随Ca添加量增加,合金的平均晶粒尺寸减小,0.8 wt.%Ca时达到最小平均晶粒尺寸11.1μm;第二相总体积分数从7.09%增加至9.28%,而Mg17Al12相的体积分数减小且尺寸也变小;合金塑性增强,屈服强度和抗拉强度略有提升,0.8 wt.%Ca合金的屈服强度和抗拉强度分别为239 MPa和338 MPa,延伸率为13.7%,力学性能最佳。含Ca合金的主要强化方式为细晶强化和第二相析出强化,添加Ca后使合金的断裂机制由AZ91-0.4Ce合金的脆性-塑性断裂转变为带韧窝的韧性断裂。（4）、Ca元素的添加能改善AZ91-0.4Ce合金的耐蚀性能。添加0.8 wt.%Ca的挤压态AZ91-0.4Ce合金的腐蚀失重速率和腐蚀析氢速率最小,分别为11.10±0.55mg·cm-2·d-1和0.47±0.02 ml·cm-2·h-1。添加Ca元素后的合金具有更细小的晶粒,第二相平均尺寸小且均匀,合金在腐蚀过程中会形成更加致密均匀的腐蚀产物,从而提高合金的耐蚀性能。
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