【摘 要】
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随着各行各业的飞速发展,对镁合金的综合性能要求也越来越高。为了试图开发一种新型的同时具备高强度、高塑性及一定耐腐蚀性的非稀土镁合金,本文在Mg-1Sn基础上制备了Mg-x(0,3,6,9)Al-1Sn合金,并在415°C进行了固溶处理,随后在300°C下以0.1 mm/s的速度进行了挤压变形。研究不同Al含量对固溶态、挤压态合金显微组织、力学性能、腐蚀性能的影响规律,进一步研究不同电流密度及不同A
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随着各行各业的飞速发展,对镁合金的综合性能要求也越来越高。为了试图开发一种新型的同时具备高强度、高塑性及一定耐腐蚀性的非稀土镁合金,本文在Mg-1Sn基础上制备了Mg-x(0,3,6,9)Al-1Sn合金,并在415°C进行了固溶处理,随后在300°C下以0.1 mm/s的速度进行了挤压变形。研究不同Al含量对固溶态、挤压态合金显微组织、力学性能、腐蚀性能的影响规律,进一步研究不同电流密度及不同Al含量对挤压态合金放电性能的影响规律。研究结果表明,固溶态Mg-xAl-1Sn(x=0,3,6,9 wt.%)合金的第二相主要为Mg2Sn及Mg17Al12相。且随着Al含量的增加,第二相体积分数明显增加,其中AT91合金第二相体积分数达到11.41%,合金的抗拉强度从~104 Mpa增加到~254 Mpa,屈服强度从~30 Mpa增加到~112 Mpa,伸长率约为9%。其主要原因是由于固溶强化增塑和沉淀强化所致。另外Mg-xAl-1Sn合金的腐蚀速率随着Al含量的增加而加快,Al改性合金的腐蚀坑尺寸较大,深度较深。具有较高电极电位的Mg17Al12和Mg2Sn相与镁基体形成的电偶腐蚀是固溶态Mg-xAl-1Sn(x=0,3,6,9 wt.%)合金腐蚀的主要原因。经过挤压变形后,Mg-xAl-1Sn(x=0,3,6,9 wt.%)合金晶粒尺寸较固溶态明显细化,Mg-0Al-1Sn(AT01)合金晶粒较为粗大且分布不均匀,而添加Al改性的合金中显示出均匀分布的等轴状晶粒,且随着Al含量的增多晶粒尺寸明显减小,Mg-9Al-1Sn(AT91)合金平均晶粒~2.17μm。同时Al元素的添加改变了Sn元素的固溶度,导致溶入基体中的Sn元素减少,从而促进了Mg2Sn相的析出,且添加Al改性合金中第二相体积分数明显增多。室温拉伸结果表明,随着Al含量的增加,极限抗拉强度显著增加,其中AT91合金抗拉强度(UTS)达到395.8 Mpa,相比AT01合金提高了60.5%,伸长率为8.96%,可见该合金具有高强度的同时拥有良好的塑性。另外发现,添加Al改性合金与AT01合金表现出不同的腐蚀行为,一方面由于大量沿晶界存在的不连续Mg17Al12相及强阴极相Mg2Sn在Al改性合金中分布,很快与镁基体形成电偶腐蚀,促进了基体的快速溶解。另一方面由于Al改性合金中形成的保护膜分布不连续而且数量较少,导致腐蚀穿过晶界从一个晶粒进入到另一个晶粒,这同样加速了基体的快速溶解。另外由于晶粒尺寸减小即晶界的总面积增大,这同样会加快析氢腐蚀速率从而使得腐蚀速率加快。随着电流密度的增大,Mg-xAl-1Sn合金的电池电压逐渐降低,阳极效率逐渐提高。Al含量的增加提高了Mg-xAl-1Sn合金在不同电流密度下的电池电压,AT91合金在相对较高电流密度下仍具有稳定的电池电压,当电流密度达到20 m A·cm-2,AT91合金电压值仍为1.03 V。这主要是由于细化的晶粒及均匀分布的第二相促进了放电活性,增大了有效放电面积,使得放电产物的生成与解离达到了动态平衡,另外放电过程中大量裂纹的形成导致其具有稳定的放电电压,因此AT91合金有望成为镁空气电池的候选者。
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