Вплив самарію на мікроструктуру та стійкість до корозії обробленого магнієвого сплаву AZ91

Ян Чень

1 Інститут удосконаленого формування, Наньчанський університет, Наньчан 330031, Китай; moc.361@fb_gnaynehC (YC); moc.361@4111nineneZZ (Z.Y.); moc.361@hw_gnohnay (H.Y.); moc.anis@771_gnohy (X.-Q.W.)

Чжен Інь

Хонг Янь

2 ключові лабораторії приготування та обробки легких сплавів у місті Наньчан, Наньчан 330031, Китай

Го-Хуа Чжоу

3 Фізичний науково-технічний коледж, Університет Ічунь, Ічунь 336000, Китай; moc.361@5067hgz

Сяо-Цюань Ву

Чжи Ху

2 ключові лабораторії приготування та обробки легких сплавів у місті Наньчан, Наньчан 330031, Китай

Анотація

Вплив самарію (Sm) на мікроструктуру та поведінку корозії магнієвого сплаву AZ91, обробленого ультразвуковою вібрацією, досліджували за допомогою скануючої електронної мікроскопії, рентгенівської дифракції, трансмісійної електронної мікроскопії та електрохімічних вимірювань. Результати показали, що додавання Sm призвело до утворення Al2Sm, який зменшив об'ємну частку фази β-Mg17Al12 і змінив її морфологію на дрібнозернисту. Сплави AZ91 – Sm, оброблені ультразвуковою вібрацією, виявили порівняно менші показники втрати ваги, виділення водню та щільності струму корозії порівняно зі сплавом AZ91, обробленим ультразвуком, приготованим без Sm. Локально, груба β-фаза в обробленому ультразвуком сплаві AZ91 прискорила можливість мікрогальванічної корозії, що проростає в матрицю. У підготовлених сплавах AZ91 – Sm, оброблених ультразвуковою вібрацією, дрібні фази β та Al2Sm зменшували ймовірність зростання мікрогальванічної корозії і, отже, утворювали рівномірний корозійний шар на поверхні сплавів.

1. Вступ

Як найлегші металеві матеріали, магній (Mg) та його сплави є корисними матеріалами для аерокосмічної, автомобільної та електронної промисловості [1,2]. Багато магнієвих сплавів також слід використовувати як біологічно розкладаються матеріали для медичного застосування [1,2]. Mg та його сплави мають багато чудових властивостей, таких як оброблюваність, здатність до лиття, біосумісність та властивості антиелектромагнітного випромінювання [3]. Зокрема, сплави AZ91 широко використовуються завдяки їх чудовим механічним властивостям, включаючи високі демпфіруючі характеристики, чудову електромагнітну екранізацію та можливість переробки [4,5]. Проте корозія залишається особливим занепокоєнням Mg та його сплавів через їх активні хімічні властивості та низьку рівноважну напругу Mg, що призводить до поганої корозійної стійкості [6,7,8].

В останні роки дослідники виявили, що додавання рідкісноземельних елементів може очистити розплав, вдосконалити мікроструктуру та посилити такі властивості, як міцність або твердість при кімнатних або підвищених температурах та корозійна стійкість сплавів Mg [6,7] . Серія сплавів AE (Mg-Al-RE) заснована на додаванні рідкісноземельних елементів. Ці матеріали виявляють підвищену стійкість до повзучості завдяки повному інгібуванню інтерметалічної сполуки Mg17Al12 та утворенню високостійких фаз Al – RE, таких як Al2RE, Al3RE або інших фаз RE [9]. Фаза, багата на РЕ, включаючи Al2Yb [10], Al2Y [11], Al11Nd3 [12] та Al3Er, відіграє вирішальну роль у покращенні корозійної стійкості магнієвих сплавів [3]. Ву та ін. [13], наприклад, виявив, що додавання самарію (Sm) до сплаву AZ92 зменшувало об'ємну частку фази β-Mg17Al12 з 0,29% до 0,075% із збільшенням вмісту Sm. Швидкість корозії сплаву AZ92 з додаванням 0,5 мас.% Sm зменшилась на 54% порівняно з показником лише матриці. Загалом Sm з найвищим атомним числом серед легких рідкісноземельних елементів є одним з найефективніших елементів РЕ для очищення інтерметалідних сполук та поліпшення корозійної стійкості магнієвих сплавів [14].

На додаток до використання елементів РЕ в якості інтерметалідних очищувачів у сплавах Mg, фізичні методи, такі як ультразвукова вібрація, також можуть бути використані для уточнення розміру зерен під час затвердіння [15]. Багато досліджень продемонстрували, що ультразвукова вібраційна обробка сплавів може ефективно підвищити пластичність [16], подовження [17], міцність на розрив [18] і твердість [19], з вдосконаленням другої фази та поліпшенням мікроструктури. Чжан та ін. [20,21] досліджував вплив ультразвукової вібрації високої інтенсивності на морфологію та механічні властивості бінарного сплаву Mg – Al та спостерігав, що ультразвукова обробка мала великий вплив на розмір та мікроструктуру фази β-Mg17Al12. Фаза β-Mg17Al12 стала тоншою, більш однорідною і прийняла розривчасту форму мережі. Хоча механічні властивості магнієвих сплавів, оброблених ультразвуком, інтенсивно досліджувались, мало уваги приділялося корозійній стійкості цих оброблених магнієвих сплавів. Таким чином, метою цієї роботи було дослідити вплив Sm на еволюцію мікроструктури та корозійну поведінку сплавів магнію AZ91, оброблених ультразвуковою вібрацією, шляхом визначення морфології, розміру та розподілу другої фази в цих сплавах.