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稀士材料領域雙劍傳奇:釹與鎂合金的抗腐蝕之路
當釹應用于有色金屬材料。在鎂或鋁合金中添加1.5~2.5%釹,可提高合金的高性能、氣密性和耐腐蝕性,優良的特性讓稀土鎂合金材料在新領域中的開發和利用十分廣泛,尤其在航空航天材料、汽車工業、通訊電子等行業領域中的廣泛應用,具有現實意義。因此,開發成本低、性能好的新型稀土鎂合金,對鎂合金和稀土材料領域的發展具有極大的推動作用。
據介紹,釹是最活潑的稀土金屬之一,釹元素的到來活躍了稀土領域,并在稀土領域中扮演著重要角色,并且左右著稀土市場。
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鎂合金具有優良的阻尼減震性能和優良的機械加工性能,可切削加工和回收,因此被稱為21世紀的“綠色”工程材料。稀土不僅對鎂合金的力學性能有明顯的強化作用,而且對鎂合金的鑄造性能也有良好的影響。在鎂合金領域,稀土優異的凈化、強化性能不斷被人們認識和掌握,為豐富和發展鎂合金工業做出了貢獻。
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本文以應用較多的ZM5為基,加入稀土元素Nd,探討稀土元素對ZM5合金顯微組織與腐蝕性能的影響,為稀土鎂合金的研究與應用提供一定的理論參考。
鑄態ZM5鎂錠成分(質量分數,%)為:8.5Al,0.5Zn,0.35Mn,Si≤0.25,Fe≤0.08,Ni<0.01,Ca<0.01,其余為Mg。稀土釹以Mg-Nd中間形式加入,合金中的組分(質量分數,%)為:2Nd,0.2Ti,其余為ZM5。合金熔煉試驗采用GWJ-005型中頻無芯感應熔煉爐,在350mL低碳鋼制的坩堝中進行。當熔體溫度達730℃時,分別加入不同質量分數的Mg-Nd中間合金,采用RJ-2熔劑進行覆蓋,用菱鎂礦進行精煉,在740℃澆注試樣。利用紅外自控焊條烘箱進行固溶處理,溫度(415±5)℃,保溫時間20h,水冷。利用電熱鼓風箱進行不同時間(2、5、7、9和11h)、不同溫度(100、150和200℃)的時效處理。
隨著Nd的加入,ZM5合金基體組織和第二相明顯細化,顯微組織有一定程度改善。稀土Nd對ZM5合金的硬度影響不是很明顯,ZM5+Nd與ZM5相比,不同時效溫度、時間與硬度關系曲線的起伏規律是相似的。ZM5+Nd合金過時效處理后,其晶粒會變得粗大,硬度有所下降。稀土Nd的加入,減少了合金腐蝕貫穿性裂紋的產生,降低ZM5合金腐蝕速率,提高合金抗腐蝕能力。固溶和時效處理對ZM5+Nd合金性能有很大的影響,合金經過適當時效處理后,硬度有所提高,抗腐蝕能力更是顯著提高。
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