关于AM50镁合金组织和合金相的研究

合金和化合物杂志

关于AM50镁合金组织和合金相的研究

摘要

不同状态的AM50镁合金（从铸造到固溶体和时效处理）的微观结构及合金阶段的综合研究，已经出现在了现有的论文中。 Al–Mn 相和它们对合金的电化学性能的影响受到了特别的关注。结果显示Al–Mn合金相是铸态、固溶处理和时效处理后AM50镁合金中的主要合金相。它们非常耐高温，几乎保持不变的形态、分布及数量。当固溶处理温度达到410◦C，大多数Mg17Al12相在铸态合金中可能会减少，而且它在时效处理时沉淀为增强相。根据的微观结构和相应的显微硬度分析，人们认为AM50 的强化机制可能不限于沉淀增强；例如底部构造和重新分布的合金元素的一些其他因素也可能会发挥关键作用。电化学实验进一步表明Al–Mn相不利于抵抗正在考虑中的合金的腐蚀，尤其是当富铝α-Mg和Mg17Al12相的消除。

1．简介

镁及镁合金的极具吸引力的力学性能提高了许多技术的应用，特别是在汽车工业中的使用。在各种商业镁合金中，由于AM系列镁合金足够的强度、良好的铸造性能和耐腐蚀性能，因此它们是最广泛使用的。然而，AM 系列合金的全球研究主要重点在于铸造技术、成形性和其在该行业中的应用。基本的工作，例如微观结构、合金相，以及对它们的热处理影响极为少见。

与此同时，AM 系列合金属于Mg–Al 系，通常会添加锰来减少对铁的耐腐蚀的有害影响。锰的少量加入会通过Al–(Fe,Mn) 粒子的形成减少熔炼体中铁的浓度，其中一些沉淀在坩埚底部，其它的在凝固过程中嵌入铸件。据报道，这种粒子的大小通常范围从0.1 到

30μm，他们的形态似乎形成十字架、针、花和短角块状结构；这些粒子的可能的合金相是Al6Mn，Al4Mn，Al8Mn5和铁浓度很少或没有铁浓度的AlMn。最近的研究显示Al–Mn 的不同相有不同的输出电流密度，因此对Mg–Al 系列合金的腐蚀性有不同的效果。富铝粒子像Al6Mn和Al4Mn显示较低输出电流密度，而那些像Al8Mn5和AlMn含锰浓度高显示出了相当高的输出电流密度。因此后者可能不利于合金的耐腐蚀问题，除了对耐腐蚀性能的影响，Al–Mn 相也能充当导致晶粒细化的异质成核的地方。然而，这种影响目前仍不清楚，Haitham et al最近报道了Al–Mn相可能有裂纹的形成有关。显然，Al–Mn相Mg–Al 系列合金性能有密切的联系。不幸的是，随着这种合相受到更多的关注，关于Al–Mn 相的研究显得非常有限。为了研究微观结构和合金相、尤其是在AM系列合金中Al–Mn相的研究，有关AM50显微组织和合金相从固态到固溶和时效处理的重要研究已经出现在了现今的论文当中。种类、大小、形态、分布和目标合金中Al–Mn 相的含量受到了特别的关注。另外，显微硬度测试和电化学测试也说明了微观结构与力学性能的相关的联系。2.实验步骤

2.1 热处理实验

实验中采用含有铝5.07%，锰0.297%，锌0.168%, 硅0.0398%,铁0.001%, 铜0.0018%, 镍0.0003%, 铍0.0012%, 氯0.0005%和94.4204%镁的商业铸态AM50 镁合金铸块。因为在Mg–Al 系中，广泛发现共晶和粗共晶的存在可能影响Al–Mn

的相的观察与分析，他们尺寸相对较小，其标本是保持镁粉在380 和410◦C之间固溶处理，分别为24 小时，然后水淬以便当Al–Mn相残余时α-Mg和β-Mg17Al12可能会逐步减少。更高的温度（430和450◦C）亦适用于的合金来研究Al–Mn 相特征对温度的影响。执行所有的时效处理，分别以24小时410◦C和12小时分别150，200,250◦C固溶处理为基础，从而从参考到其它附属东西得出结果。

试样在1.5 g 苦味酸+ 25 毫升乙醇+ 5 毫升醋酸+ 10 毫升水解溶液中腐蚀30到60S。采用光学显微镜(OM) 扫描电子显微镜（SEM）和能量分散性x 射线(EDX) 来研究其第二个相的形态和化学组成。根据相结合的相图和元素构成来估测和推测合金相可能能够形成稳定或亚稳定的相。合金相决定在任何情况下镁的量被假设是过度的，因为所有相都位于镁基质，以及能量束可能通过第二相，同时也可以探测镁基质。用Cu 作为目标材料的DX-2500 x 射线衍射仪(XRD) ，以每秒0.06的扫描和5到58°的扫描角被用来进一步确认的合金相的类型。采用HV-1000维氏硬度计上以每20S，0.98N的载荷测试试样的显微硬度，定量显示热处理的影响。

2.2 浸泡和电化学实验

接下来铸造和热处理的AM50合金试样为浸泡和电化学实验机加工成矩形。对于后者，电极被嵌入在暴露的表面面积为1cm的环氧树脂中，抛光知道类似镜面，然后用蒸馏水清洗，用热空气干燥。浸入式电化学实验在百分比为3.5wt的NaCl溶液中进行，该溶液是用NaCl和去离子水预制的。

浸泡实验是在室温下进行的，用扫描电镜和能量弥散X 射线探测器来观察浸泡后的试样的腐蚀形貌和的腐蚀制品。这种化学电池由三电极Pyrex玻璃单元格组成。饱和甘汞电极和铂板被分别用作参考电极和辅助电极。使用模型273 恒电位仪，用提前在溶液中浸泡5分钟的工作电极来进行动电位极化测试，然后从腐蚀电位以0.5mV/s的扫描速度从阴极电位到阳极电位进行极化。

3.结果和结论

3.1铸态AM50 镁合金的微观结构

铸态AM50镁合金的光学显微图像显示某些相（图1）,以黑色黑色粒子呈现，分散在基质中。此外，沿着晶界相对于暗淡一点的基质区域的一些亮色区，能够清楚的被观察到。扫描电镜照片中（图2）可以看到花形和颗状的相的晶粒内部或晶界走向。EDX 分析（表1）表示，除了颗粒6 到颗粒7主要包含镁和铝外，大多数粒子（从颗粒1 到颗粒5 ）由镁、铝、锰组成。根据对原子比率，可以推断前五个粒子是Al–Mn 相；颗粒6和7可以根据铝镁的比例很有把握的决定为β相。颗粒8是一个富铝α相的群集，有92.95% 的镁原子百分比和7.05%的铝原子百分比通常分布在β相附近。

表1

图2中能量弥散X射线探测仪对相的分析