稀土對改善鎂合金性能的重要作用
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鎂密度小、可塑性高、易于加工成型,而且鎂合金材料比其他合金材料更易于回收,被稱為綠色環保材料,在航天、電子通信、國防工業、汽車工業等方面的應用比鋁合金等其他合金材料更具優勢。研究…
鎂密度小、可塑性高、易于加工成型,而且鎂合金材料比其他合金材料更易于回收,被稱為綠色環保材料,在航天、電子通信、國防工業、汽車工業等方面的應用比鋁合金等其他合金材料更具優勢。研究表明,在鎂合金中添加稀土元素,可以增強鎂合金的耐熱性、阻燃性、抗拉強度、伸展性能等,使得稀土鎂合金材料作為一種新型高性能材料而廣受重視,近年來發展迅速。
一,稀土可以改善鎂合金的耐熱性
鎂合金在高溫條件下的耐熱性能較差,抗蠕變性能大大減弱,阻礙了鎂合金的廣泛應用,稀土元素可提高鎂合金的耐高溫性能,使鎂合金材料在高溫下抗蠕變能力和抗破壞能力得到加強。據報道,在Mg-9Al-Si合金中添加稀土Y可提高其抗蠕變能力。這是因為,加入稀土Y后,原合金中的強化相Mg2Si由粗大形貌轉變成細小狀,彌散分布在晶界處,從而使合金抗蠕變能力加強。稀土Y對Mg-0.8Zr-0.35Zn合金高溫性能也有顯著影響。Y與Mg生成的Mg24Y5作為一種強化相,有較高的熔點,熱穩定性良好。當溫度升高時其溶解量依然保持低水平,且彌散分布,因而可阻止合金基體變形,提高高溫下的抗拉強度。另據報道,稀土Sm與Mg的原子半徑相近,在鎂合金中添加Sm可提高α-Mg形核率,細化晶粒;而且在鎂合金中的固溶度較其他稀土元素高很多,生成的稀土化合物熱穩定性好,從而提高合金在高溫下的抗蠕變能力。
二,稀土可改善鎂合金的耐蝕性
試驗表明,添加稀土Ce,Nd對鎂合金AZ31耐腐蝕性有很大的影響,在鹽霧腐蝕及電化學腐蝕時,腐蝕速率、腐蝕電流密度均降低1倍左右。這是由于稀土的加入使合金中的α-Mg固溶體活性下降,耐腐蝕能力增強,還生成稀土與Mg,Al的化合物,分布在晶界上,并使Mg17Al2相在晶界上的分布均勻化,這些都提高了鎂合金的抗腐蝕能力。稀土Ce,La對鎂合金AM60腐蝕行為也有顯著影響,添加稀土后的合金中出現含稀土的針狀結構物,合金的腐蝕電流密度降低,當含1.0%Ce和0.6%La時,自腐蝕電流密度最小。另據報道,La可細化鎂合金晶粒,使合金中產生強化相。在NaCl溶液中,隨著La含量增加,合金腐蝕速度、腐蝕電流均減小,當含0.16%La時,腐蝕速度降低了6mg/(cm2·d),腐蝕電位提高了0.072V,腐蝕電流降低了0.413mA,大大提高了鎂合金的耐腐蝕能力。
三,稀土可改善鎂合金的阻燃性能
MgO膜不夠致密,不具有保護性,稀土的加入后生成的氧化膜保護性加強。例如,添加Ce的鎂合金隨著Ce含量的增加,合金的起始燃燒溫度上升,原因主要是稀土元素優先和氧氣結合生成致密的氧化膜Ce2O3,附在基體表而,減少了疏松的氧化鎂膜;Ce2O3本身熱穩定性良好,它還可以使氧化膜變得致密,阻燃性能得到提升。還有實驗表明,在鎂合金中的Ce含量由0.1%增加到0.3%時,鎂合金的燃點逐漸升高,在0.3%時合金燃點溫度提高最大。
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