稀土对改善镁合金性能的重要作用

镁密度小、可塑性高、易于加工成型，而且镁合金材料比其他合金材料更易于回收，被称为绿色环保材料，在航天、电子通信、国防工业、汽车工业等方面的应用比铝合金等其他合金材料更具优势。研究表明，在镁合金中添加稀土元素，可以增强镁合金的耐热性、阻燃性、抗拉强度、伸展性能等，使得稀土镁合金材料作为一种新型高性能材料而广受重视，近年来发展迅速。 一，稀土可以改善镁合金的耐热性 镁合金在高温条件下的耐热性能较差，抗蠕变性能大大减弱，阻碍了镁合金的广泛应用，稀土元素可提高镁合金的耐高温性能，使镁合金材料在高温下抗蠕变能力和抗破坏能力得到加强。据报道，在Mg-9Al-Si合金中添加稀土Y可提高其抗蠕变能力。这是因为，加入稀土Y后，原合金中的强化相Mg2Si由粗大形貌转变成细小状，弥散分布在晶界处，从而使合金抗蠕变能力加强。稀土Y对Mg-0.8Zr-0.35Zn合金高温性能也有显著影响。Y与Mg生成的Mg24Y5作为一种强化相，有较高的熔点，热稳定性良好。当温度升高时其溶解量依然保持低水平，且弥散分布，因而可阻止合金基体变形，提高高温下的抗拉强度。另据报道，稀土Sm与Mg的原子半径相近，在镁合金中添加Sm可提高α-Mg形核率，细化晶粒；而且在镁合金中的固溶度较其他稀土元素高很多，生成的稀土化合物热稳定性好，从而提高合金在高温下的抗蠕变能力。 二，稀土可改善镁合金的耐蚀性 试验表明，添加稀土Ce,Nd对镁合金AZ31耐腐蚀性有很大的影响，在盐雾腐蚀及电化学腐蚀时，腐蚀速率、腐蚀电流密度均降低1倍左右。这是由于稀土的加入使合金中的α-Mg固溶体活性下降，耐腐蚀能力增强，还生成稀土与Mg,Al的化合物，分布在晶界上，并使Mg17Al2相在晶界上的分布均匀化，这些都提高了镁合金的抗腐蚀能力。稀土Ce,La对镁合金AM60腐蚀行为也有显著影响，添加稀土后的合金中出现含稀土的针状结构物，合金的腐蚀电流密度降低，当含1.0%Ce和0.6%La时，自腐蚀电流密度最小。另据报道，La可细化镁合金晶粒，使合金中产生强化相。在NaCl溶液中，随着La含量增加，合金腐蚀速度、腐蚀电流均减小，当含0.16%La时，腐蚀速度降低了6mg/(cm2·d)，腐蚀电位提高了0.072V，腐蚀电流降低了0.413mA，大大提高了镁合金的耐腐蚀能力。 三，稀土可改善镁合金的阻燃性能 MgO膜不够致密，不具有保护性，稀土的加入后生成的氧化膜保护性加强。例如，添加Ce的镁合金随着Ce含量的增加，合金的起始燃烧温度上升，原因主要是稀土元素优先和氧气结合生成致密的氧化膜Ce2O3，附在基体表而，减少了疏松的氧化镁膜；Ce2O3本身热稳定性良好，它还可以使氧化膜变得致密，阻燃性能得到提升。还有实验表明，在镁合金中的Ce含量由0.1%增加到0.3%时，镁合金的燃点逐渐升高，在0.3%时合金燃点温度提高最大。