【摘 要】
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镁合金作为最轻的金属结构材料,得到了诸多研究者的关注。本课题以开发高强韧耐腐蚀的镁合金为研究背景,选择Mg-Bi-Sn系合金为研究对象,使用合金化的方式优化组织并提高其性能。选用比稀土价格低廉稳定的Bi、Sn合金元素,通过OM,XRD,SEM,EBSD等表征方法探究合金的组织演变规律,系统地研究了合金的力学性能及强韧化机制,分析了合金的腐蚀性能并探清其腐蚀机理。铸态Mg-Bi二元合金主要由基体和分
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镁合金作为最轻的金属结构材料,得到了诸多研究者的关注。本课题以开发高强韧耐腐蚀的镁合金为研究背景,选择Mg-Bi-Sn系合金为研究对象,使用合金化的方式优化组织并提高其性能。选用比稀土价格低廉稳定的Bi、Sn合金元素,通过OM,XRD,SEM,EBSD等表征方法探究合金的组织演变规律,系统地研究了合金的力学性能及强韧化机制,分析了合金的腐蚀性能并探清其腐蚀机理。铸态Mg-Bi二元合金主要由基体和分布在晶界处的黑色第二相组成。挤压态Mg-Bi合金中第二相沿挤压方向呈明显流线形态,其平均晶粒尺寸分别为11.63±1.37μm（Mg）,8.71±1.15μm（B3）,3.85±1.39μm（B6）和3.10±1.15μm（B9）。结合EDS+XRD分析可知Mg-Bi合金由α-Mg和Mg3Bi2两相组成。挤压态Mg-Bi-Sn合金的晶粒逐渐细化且均匀度提高,Mg-4Bi-4Sn合金达到完全动态再结晶其平均晶粒尺寸为2.10±0.12μm。结合EDS+XRD分析确定合金由α-Mg、Mg3Bi2和Mg2Sn相组成。挤压态Mg-Bi-Sn系合金均显示出[-12-10]和[01-10]方向的基本纤维织构,其中Mg-3Bi-3Sn显示为[-12-10]//ED且最大强度为5.85mud.,而纯镁样品的为3.53mud.,B6为19.53mud.。添加Sn元素发现挤压态Mg-Bi-Sn合金的力学性能相对于Mg-Bi合金均有提高。其中Mg-9Bi合金的σb为217.7MPa但El最低为8.9%,Mg-3Bi-3Sn合金的抗拉强度为261.2MPa,伸长率为22.0%,表现出较好的力学性能。研究发现Mg-Bi-Sn合金强度的增加是晶粒细化、第二相颗粒增强和载荷转移等强化机制叠加的结果。分析合金的韧化机制,Schmid因子越大晶粒就越易变形,合金中大部分晶粒处于有利于变形的方向,是Mg-Bi-Sn合金具有良好延展性的重要原因。挤压态Mg-Bi合金的失重腐蚀速率和析氢率随着Bi含量的增加而提高,其中B9合金的耐蚀性最差,其腐蚀速率为27.61mm/a。添加Bi、Sn元素发现挤压态Mg-Bi-Sn合金的腐蚀速率均低于Mg-Bi二元合金,其中Mg-1Bi-1Sn合金的腐蚀速率为2.13mm/a,耐蚀性最好。采用Tafel外推法研究合金的极化曲线,发现随着Bi/Sn含量的增加,合金的极化电阻Rp依次减小,其中Mg-1Bi-1Sn合金的Rp为44862.61 ohm cm~2。电化学所测腐蚀速率与失重、析氢实验的腐蚀规律一致。采用XPS表征合金的腐蚀产物,Mg-6Bi合金腐蚀膜主要由Mg O、Mg（OH）2、Cl-、PO43-和Bi2O3组成而Mg-3Bi-3Sn合金的腐蚀膜增加了Sn O2。分析合金的腐蚀机理,发现Mg-Bi合金主要为混合点蚀、晶间和丝状腐蚀,而Mg-Bi-Sn合金中晶间腐蚀占主导地位。此外,Mg-3Bi-3Sn合金腐蚀时Sn可形成Sn H4以抑制H2的析出,从而降低Mg基体的腐蚀速率,在高度阴极条件下Sn H4可与水反应生成Sn（OH）4或SnO2。
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