熱處理對AZ91D鎂合金腐蝕性能的影響

馬佰才，夏蘭廷，楊 娜

（太原科技大學 材料科學與工程學院，太原 030024）

熱處理對AZ91D鎂合金腐蝕性能的影響

馬佰才，夏蘭廷，楊 娜

（太原科技大學 材料科學與工程學院，太原 030024）

對經過不同熱處理工藝處理后的AZ91D鎂合金進行腐蝕試驗，并測定其腐蝕參數。對腐蝕數據及金相顯微組織分析、觀察表明：時效處理后的AZ91D鎂合金腐蝕率最低為2.128mm/a，為鑄態和固溶加時效處理的AZ91D鎂合金（3.081mm/a、3.209mm/a）的69.1%和66.3%；比僅進行固溶處理的AZ91D鎂合金7.400mm/a的腐蝕率減少了71.2%，耐蝕性能提高2.48倍。合金組織中β相的形態和數量對合金腐蝕率起著重要作用。

熱處理；AZ91D鎂合金；β相

鎂合金具有低密度、高比強度比剛度、良好的電磁屏蔽性等特征，在汽車、航空、航天、電子產品等領域的應用日益廣泛。鎂合金在節能減排方面具有很多材料無法代替的優勢，被稱為21世紀的“綠色工程材料”。在應用中耐腐蝕性能差是鎂合金的一大缺點，目前許多科學工作者仍然繼續致力于這一方面的研究。影響鎂合金腐蝕性能的因素很多，從最根本上來說可以把它們分為三類：一是合金元素的影響；二是組織形態的影響；三是腐蝕介質的影響。本文采用鮮見報道的通過對應用最為廣泛的AZ91D鎂合金進行不同的熱處理以改變其組織形態，檢測其在腐蝕介質中的腐蝕速率，并對試驗結果進行分析，以期為通過熱處理來提高AZ91D鎂合金的耐蝕性能提供依據。

1 試驗材料與方法

試驗材料取材于商用AZ91D鎂合金錠，其成分如表1所示。試樣經不同的熱處理后，加工成10mm×10mm×10mm立方體，經清理打磨稱重投入3.5%NaCl中進行腐蝕試驗，試驗周期為72小時。腐蝕后的試樣經清洗去除腐蝕產物后稱重并計算折合成年腐蝕率。

表1 AZ91D鎂合金名義化學成分（%）

具體熱處理參數見表2。試樣稱重設備采用萬分之一電子天平；金相顯微鏡為4XC雙目金相顯微鏡；熱處理所用設備為SXL－1304程控箱式電爐，固溶處理時采用FeS保護。

表2 AZ91D鎂合金熱處理工藝

2 試驗結果與分析

試驗所測得各種熱處理狀態下AZ91D鎂合金的腐蝕率如表3所示；各種熱處理狀態下的金像顯微組織如圖1至圖4所示。

表3 AZ91D在3.5%NaCl溶液中的腐蝕率（mm/a）

由表3數據可見：在鑄態及其他三種不同熱處理條件下AZ91D鎂合金的腐蝕率由小到大排列依次為：時效處理＜鑄態＜固溶加時效處理＜固溶處理，其中經時效處理的AZ91D鎂合金腐蝕率為2.128mm/a僅為固溶處理鎂合金7.400mm/a的28.8%，耐蝕性能提高了2.48倍。由圖1～圖4的金像顯微組織看到，經不同熱處理后AZ91D鎂合金的基體中α（Mg）相、共晶（α+β）及β相的數量明顯不同：圖2經固溶處理后α（Mg）相最多、（α+β）及β相最少，其耐蝕性最差；圖4經時效處理后β相數量最多、α（Mg）相數量最少，其耐蝕性最好。由表3及圖1～圖4可知：α（Mg）數量和β相的數量和形態對AZ91D鎂合金的腐蝕起到重要作用。

2.1 鑄態及固溶處理

由圖1鑄態AZ91D鎂合金顯微組織看到：β（Mg17Al12）相和（α+β）相在α（Mg）相的晶界和晶粒上存在，（α+β）及 β 相破壞了 α（Mg）相的連續性使 α（Mg）相以孤立狀態存在。由其3.081mm/a的腐蝕率可見，耐蝕略優于固溶加時效處理的AZ91D鎂合金，遠優于固溶處理的AZ91D鎂合金。由圖2固溶處理的AZ91D鎂合金明顯看到組織中的β相和（α+β）相幾乎全部固溶于基體 α（Mg）相中，與鑄態 AZ91D 相比，α（Mg）相的連續性大幅提高，α（Mg）相成片存在，表現出 α（Mg）相粗大。固溶處理盡管可以有效提高合金的強韌性，但對合金的耐蝕性產生不利影響。AZ91D鎂合金β（Mg17Al12）相的電位高于α（Mg）相，在腐蝕過程中與α（Mg）相構成腐蝕原電池，在腐蝕的前期對腐蝕產生不利影響，使 α（Mg）陽極相腐蝕加劇，但由于 β（Mg17Al12）相中含有較高的Al，隨腐蝕的進行Al可以形成導電性很差的Al2O3氧化膜，β相表面的Al2O3膜的存在使β相與α（Mg）相之間的電位降低，腐蝕電流減少。大量β相的存在不但降低了兩相之間的腐蝕電位，同時分散了腐蝕電流，而 β 相、（α+β）相對 α（Mg）相的分隔減緩和阻礙了腐蝕介質向α（Mg）相不斷滲入，使孤立存在的α（Mg）腐蝕減少。AZ91D鎂合金僅經固溶處理后，α（Mg）相溶 Al量大幅提高，α（Mg）處于過飽和的不穩定態；由于Al和Mg原子半徑不同，α（Mg）中溶入過多的Al產生大的晶格畸變，增加了內應力，產生應力腐蝕而使腐蝕進一步加速。上述原因是導致經固溶處理的AZ91D鎂合金腐蝕速率遠大于鑄態和固溶加時效處理的AZ91D鎂合金主要因素。

2.2 固溶加時效處理

將AZ91D鎂合金經固溶處理后的圖2與圖3相比，可見經過固溶處理后原來大量溶解于基體中的Al，在時效過程中又以β相的形式析出。張國英[6]等人提到，AZ91合金時效過程中同時存在兩種時效機制：連續析出與非連續析出。連續析出相多呈細小片狀彌散分布于基體中，使材料具有良好的力學性能；非連續析出相多呈粗大的層狀，對材料的強化作用較小。與鑄態金相照片圖1對比，不難發現β相不再是鑄態時的網狀結構，其分布更加彌散了。這種彌散分布的β相與連續網狀β相相比，前者阻礙腐蝕介質滲入的能力不如后者，這對提高合金的耐蝕性能是不利的。通過固溶加時效處理之后AZ91D鎂合金的腐蝕速率由鑄態的3.018mm/a上升到3.209mm/a，原因是β相在數量上沒有增加，只是改變了β相的形態和分布。與網狀分布相比彌散分布的β相使基體中α（Mg）相的連續性提高，不利于阻擋腐蝕介質的滲入，對腐蝕產物擴散的阻礙作用也有所減小。因此，經固溶加時效處理后鎂合金的腐蝕速率略有上升。

2.3 時效處理

AZ91D鎂合金時效處理可以消除應力，在215℃條件下時效處理有可能改變β相的形態和分布。本試驗對AZ91D鎂合金進行時效處理，目的只在于研究該處理對腐蝕性能的影響。時效處理后所照金相照片見圖4，與圖1相比，β相仍保持連續、網狀的存在狀態，其對基體中的α（Mg）相形成了分隔孤立的同時，析出了大量的點狀β相。時效后AZ91D鎂合金的腐蝕率從鑄態的3.018mm/a下降到了2.128mm/a，腐蝕速率有較大程度的降低。時效處理增加了β相的數量以及消除了合金的鑄造應力。是使腐蝕率有效降低的主要原因。

3 結論

（1）時效處理可以消除應力，改善β相形態，增加β相的數量，有效提高AZ91D鎂合金的耐蝕性。經時效處理AZ91D鎂合金的腐蝕率為2.128mm/a，與固溶處理的7.400mm/a相比提高了2.48倍。固溶加時效處理對腐蝕率影響不大。

（2）β相在AZ91D鎂合金腐蝕過程中起到雙重作用，大量β相的存在對提高合金耐腐蝕性起到有益作用。

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Effects of Heat Treatment on Corrosion Properties of AZ91D Magnesium Alloy

MA BaiCai，XIA LanTing，YANG Na
（School of Materials and Engineering Taiyuan Science&Technology University，Taiyuan 030024，Shanxi China）

Different heat treatments have been done on AZ91D Mg alloy which then has been tested on corrosion parameters.Corrosion date and metallograph observation showed after aging treatment the corrosion rate of AZ91D Mg was the lowest:2.128mm/a which was respectively 69.1%of that(3.081mm/a)of the as-cast Mg alloy and 66.3%of that（3.209mm/a）of Mg alloy with solution plus aging treatment,and reduced by 71.2%compared with that(7.400mm/a)of the one after solution treatment,while the corrosion resistance of such has increased 2.48 times.Form and quantity of β phase have played an important role in influencing the corrosion rate.

Heat treatment；AZ91D magnesium alloy；β phase

TG146.22;

A；

1006－9658（2011）03－3

2010－10－22

2010－154

馬佰才（1980－），男，在讀碩士，研究方向：鑄造合金及材料腐蝕與防護