Mg-Gd-Y-Zr合金在几种典型环境下的氧化行为研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘峻玮 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2009-05-31 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 李瑛 |
| 关键词 | Mg-Gd-Y-Zr合金 X射线光电子谱(XPS) 水蒸气 氧化 稀土元素 |
| 其他题名 | The Oxidation Behavior of Mg-Gd-Y-Zr Alloy in Some Typical Environments |
| 学位专业 | 腐蚀科学与防护★ |
| 中文摘要 | 伴随着世界能源危机的到来，各种节能轻质材料日益受到人们的青睐。镁合金材料由于其较轻的重量和较好的机械性能而受到大家的关注。在各种镁合金当中，稀土镁合金以其优良的机械性能，受到了更多的关注。最近发现含Gd和Y的镁合金无论在室温还是中温环境都具有更高的强度。对Mg-Gd-Y-Zr合金的进一步研究发现其在延展性和抗蠕变性上同样具有优良的性能，所以此种新型镁合金未来在中温领域具有广阔的应用前景。然而，由于镁合金的抗腐蚀性能较差，所以它的应用在很大的范围内受到了限制。目前对Mg-Gd-Y-Zr合金的微观结构和机械性能等方面的研究虽有大量报道，但其腐蚀性能的研究却很少，对中高温环境下Mg-Gd-Y-Zr合金腐蚀行为的研究更微乎其微。深入了解稀土镁合金在各种典型环境下的氧化行为将是其未来能否在各种中温环境下应用的关键信息。为此，本论文选择了三种典型中温使役环境：大气环境、含水蒸汽的氧化气氛、盐和水蒸汽共存的氧化气氛，重点研究了Mg-Gd-Y-Zr合金在上述三种环境中的氧化行为，并通过与纯镁氧化行为的比较，进一步了解不同环境下稀土镁合金的氧化机制。Mg-Gd-Y-Zr合金在中温环境下的抗氧化能力与其表面生成的氧化膜有着密切的联系，为了进一步分析在不同环境下Mg-Gd-Y-Zr合金表面生成的氧化膜与合金在不同环境下相应的氧化行为之间的联系，本文将为此探索一种新的表征材料表面氧化膜的检测技术。 研究采用恒温热天平测量了不同环境、不同温度下Mg-Gd-Y-Zr合金和纯镁的氧化动力学曲线；结合Fromhold和Cook提出的中温氧化理论，分析了Mg-Gd-Y-Zr合金和纯镁的氧化动力学过程；利用X射线光电子谱(XPS)和扫描电镜(SEM)对不同温度不同环境下得到的氧化膜进行表征，并借助Strohmeier提出的相关理论计算了氧化膜的厚度；根据O1s高结合能光电子峰强度与总结合能峰强度的比率，定性分析并给出了不同环境下氧化膜内部缺陷浓度的大小。最终对Mg-Gd-Y-Zr在三种典型中温使役环境中的腐蚀行为获得如下认识： 在230oC、300oC和400oC氧气环境下Mg-Gd-Y-Zr合金比纯镁具有更好的抗氧化能力，较好的抗氧化能力与氧化膜中存在的稀土氧化物如Y2O3和Gd2O3有关。 在230oC～300oC含氧水蒸气环境下，水蒸气的引入提高了纯镁的抗氧化能力，但Mg-Gd-Y-Zr合金的氧化程度却进一步加剧。其氧化膜中存在大量的微裂纹，水蒸气和稀土元素的综合作用可能改变了Mg-Gd-Y-Zr合金氧化的机制，由于氧化膜中Y2O3和Gd2O3的存在，使得氧化膜的外层无法形成完整的Mg(OH) 2膜，水蒸气可以轻易的接触到氧化膜的内部，而其在水蒸气环境下具有较差的抗氧化能力。在400oC,水蒸汽的存在对纯镁及Mg-Gd-Y-Zr合金的氧化均起到加速作用，较高的氧化温度使得纯镁及Mg-Gd-Y-Zr合金表面难以生成完整的Mg(OH)2层，使得水蒸气轻易接触到氧化膜内部的MgO层。 在NaCl盐膜与水蒸汽共存的中温氧化气氛中， Mg-Gd-Y-Zr合金以及纯镁的氧化行为均没有发生较大的改变，盐膜和水蒸气的存在并没有改变Mg-Gd-Y-Zr合金以及纯镁的氧化行为与机制。但温度在81oC～107oC范围内时，NaCl盐膜的存在对纯镁及Mg-Gd-Y-Zr合金的氧化具有明显的加速作用。此时材料表面形成了一层薄液膜，金属的表面发生了严重的电化学反应，从而极大的加剧材料的腐蚀程度。 尝试开发出一种两电极体系的交流阻抗测量技术，希望通过该技术来分析Mg-Gd-Y-Zr合金氧化膜的结构，并建立氧化膜结构与其对基体保护能力之间的关系。然而实验的结果表明，由于Mg-Gd-Y-Zr合金表面的氧化膜过薄，且具有较高的导电性，暂时无法进行交流阻抗测量。因此，尝试把这种通过阻抗技术来评价膜保护能力的方法用到导电性较差的大气腐蚀产物膜体系上面。通过对大气腐蚀产物膜测量，并与传统评价方法的比对来表明，发现这种双电极交流阻抗检测技术具有可行性。对阻抗数据的分析，可以找到联系腐蚀产物膜与其抗腐蚀能力之间联系的关键参数。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 60 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17253]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘峻玮. Mg-Gd-Y-Zr合金在几种典型环境下的氧化行为研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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