Efectul samariului asupra microstructurii și rezistenței la coroziune a aliajului de magneziu AZ91 tratat
Yang Chen
1 Institutul de Formare Avansată, Universitatea Nanchang, Nanchang 330031, China; moc.361@fb_gnaynehC (Y.C.); moc.361@4111niynehZ (Z.Y.); moc.361@hw_gnohnay (H.Y.); moc.anis@771_gnohy (X.-Q.W.)
Zheng Yin
1 Institutul de Formare Avansată, Universitatea Nanchang, Nanchang 330031, China; moc.361@fb_gnaynehC (Y.C.); moc.361@4111niynehZ (Z.Y.); moc.361@hw_gnohnay (H.Y.); moc.anis@771_gnohy (X.-Q.W.)
Hong Yan
1 Institutul de Formare Avansată, Universitatea Nanchang, Nanchang 330031, China; moc.361@fb_gnaynehC (Y.C.); moc.361@4111niynehZ (Z.Y.); moc.361@hw_gnohnay (H.Y.); moc.anis@771_gnohy (X.-Q.W.)
2 Laborator cheie de pregătire și prelucrare a aliajelor ușoare în orașul Nanchang, Nanchang 330031, China
Guo-Hua Zhou
3 Colegiul de știință și tehnologie fizică, Universitatea Yichun, Yichun 336000, China; moc.361@5067hgz
Xiao-Quan Wu
1 Institutul de Formare Avansată, Universitatea Nanchang, Nanchang 330031, China; moc.361@fb_gnaynehC (Y.C.); moc.361@4111niynehZ (Z.Y.); moc.361@hw_gnohnay (H.Y.); moc.anis@771_gnohy (X.-Q.W.)
Zhi Hu
1 Institutul de Formare Avansată, Universitatea Nanchang, Nanchang 330031, China; moc.361@fb_gnaynehC (Y.C.); moc.361@4111niynehZ (Z.Y.); moc.361@hw_gnohnay (H.Y.); moc.anis@771_gnohy (X.-Q.W.)
2 Laborator cheie de pregătire și prelucrare a aliajelor ușoare în orașul Nanchang, Nanchang 330031, China
Abstract
Efectele samariului (Sm) asupra microstructurii și comportamentului la coroziune ale aliajului de magneziu AZ91 tratat prin vibrații cu ultrasunete au fost investigate prin microscopie electronică de scanare, difracție cu raze X, microscopie electronică de transmisie și măsurători electrochimice. Rezultatele au arătat că adăugarea de Sm a dus la formarea de Al2Sm, care a redus fracția de volum a fazei β-Mg17Al12 și și-a schimbat morfologia în granule fine. Aliajele AZ91 - Sm tratate prin vibrații cu ultrasunete au scos la iveală pierderea în greutate relativ redusă, evoluția hidrogenului și densitatea curentului de coroziune comparativ cu aliajul AZ91 tratat cu ultrasunete preparat fără Sm. La nivel local, o fază β grosieră din aliajul AZ91 tratat cu ultrasunete a accelerat posibilitatea creșterii coroziunii micro-galvanice în matrice. În aliajele pregătite AZ91 - Sm tratate prin vibrații cu ultrasunete, fazele fine β și Al2Sm au redus probabilitatea creșterii coroziunii micro-galvanice și, prin urmare, au format un strat de coroziune uniform pe suprafața aliajelor.
1. Introducere
Fiind cele mai ușoare materiale metalice, magneziul (Mg) și aliajele sale sunt materiale utile pentru industria aerospațială, auto și electronică [1,2]. Se așteaptă ca multe aliaje de magneziu să fie utilizate ca materiale biodegradabile pentru aplicații medicale [1,2]. Mg și aliajele sale prezintă multe proprietăți excelente, cum ar fi prelucrabilitatea, turnabilitatea, biocompatibilitatea și proprietățile de radiații anti-electromagnetice [3]. În special, aliajele AZ91 sunt utilizate pe scară largă datorită proprietăților lor mecanice excelente, inclusiv caracteristici de amortizare ridicate, ecranare electromagnetică excelentă și reciclabilitate [4,5]. Cu toate acestea, coroziunea rămâne o preocupare specială pentru Mg și aliajele sale datorită proprietăților lor chimice active și a tensiunii de echilibru scăzute a Mg, rezultând o rezistență slabă la coroziune [6,7,8].
În ultimii ani, cercetătorii au descoperit că adăugarea de elemente din pământuri rare poate purifica topitura, rafina microstructura și întări proprietăți precum rezistența sau duritatea la temperaturi ambientale sau ridicate și rezistența la coroziune a aliajelor Mg [6,7] . Seria de aliaje AE (Mg-Al-RE) se bazează pe adăugarea de elemente din pământuri rare. Aceste materiale prezintă o rezistență sporită la fluare datorită inhibării complete a compusului intermetalic Mg17Al12 și formării fazelor Al - RE foarte stabile, cum ar fi Al2RE, Al3RE sau alte faze RE [9]. Faza bogată în RE, inclusiv Al2Yb [10], Al2Y [11], Al11Nd3 [12] și Al3Er, joacă un rol critic în rezistența îmbunătățită la coroziune a aliajelor de magneziu [3]. Wu și colab. [13], de exemplu, a constatat că adăugarea de samariu (Sm) la aliajul AZ92 a scăzut fracția de volum a fazei β-Mg17Al12 de la 0,29% la 0,075% pe măsură ce conținutul de Sm a crescut. Rata de coroziune a aliajului AZ92 cu adaos de 0,5% în greutate de Sm a scăzut cu 54% comparativ cu cea a matricei. În general, Sm, cu cel mai mare număr atomic dintre elementele ușoare ale pământului rar, este unul dintre cele mai eficiente elemente RE pentru rafinarea compușilor intermetalici și îmbunătățirea rezistenței la coroziune a aliajelor de magneziu [14].
În plus față de utilizarea elementelor RE ca rafinări intermetalice în aliajele Mg, metode fizice, cum ar fi vibrațiile cu ultrasunete, pot fi, de asemenea, utilizate pentru a rafina mărimea granulelor în timpul solidificării [15]. Multe studii au demonstrat că tratamentul cu vibrații cu ultrasunete al aliajelor poate spori în mod eficient ductilitatea [16], alungirea [17], rezistența la tracțiune [18] și duritatea [19], cu rafinamentul celei de-a doua faze și microstructura îmbunătățită. Zhang și colab. [20,21] au investigat efectele vibrațiilor ultrasonice de înaltă intensitate asupra morfologiei și proprietăților mecanice ale unui aliaj binar Mg - Al și au observat că tratamentul cu ultrasunete a avut un impact mare asupra dimensiunii și microstructurii fazei β-Mg17Al12. Faza β-Mg17Al12 a devenit mai fină, mai omogenă și a adoptat o formă de rețea discontinuă. Deși proprietățile mecanice ale aliajelor de magneziu tratate cu ultrasunete au fost investigate intens, s-a acordat puțină atenție rezistenței la coroziune a acestor aliaje de magneziu tratate. Astfel, scopul acestei lucrări a fost investigarea influenței Sm asupra evoluției microstructurii și comportamentului la coroziune al aliajelor de magneziu AZ91 tratate cu vibrații ultrasonice, determinând morfologia, dimensiunea și distribuția celei de-a doua faze în aceste aliaje.