外文翻譯--Na2B407對鐵還原條件下AZ31和AZ91鎂合金的影響 中文版

中國有色金屬學(xué)報(bào) 中國有色金屬學(xué)會會刊 科學(xué)出版社 Na2B407 對鐵還原條件下 AZ31 和 AZ91 鎂合金的影響 WU Guo-hua(吳國華 ), GAO Hong-tao(高洪濤 ), WANG Wei(王瑋 ), DING Wen-jiang(丁文江 ) 上海交通大學(xué)，材料學(xué)院 , 中國 上海 .2000302007年 7月 15日收 2007年 9月 10日受理 摘要 : 文章探討了 Na2B407作為一種新型的鐵還原劑的效果，研究了 鐵還原對 AZ31 鎂合金 的影響。隨著 Na2B407含量的增加鎂合金 AZ31 和 AZ91 中鐵元 素將減少且當(dāng)小于 0.002%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時，材料的抗腐蝕性能會顯著的提高， 根據(jù)熱力學(xué)的性能和鐵，硼元素在合金熔體的不同分布，可以推斷 ,在鎂合金 中的鐵還原機(jī)制是通過在 Na2B407中 硼原子 與鐵原子相互結(jié)合 ,最終沉積在金屬熔體中 。射線衍射 的 結(jié)果證實(shí) 了這一理論 。 關(guān)鍵字 ： Na2B407；鐵還原劑 ； 抗腐蝕性能 ； AZ31 鎂合金 ； AZ91 鎂合金 1 介紹 由于 其 低密度和許多 其它 優(yōu)勢鎂合金的應(yīng)用 得到了快速發(fā)展 。然而 ,對于研究人員來說 鎂合金的 固有性能的研究 一直是一個棘手的問題 鎂合金元素中的 非金屬夾雜物及 其它 雜 質(zhì)元素 對材料的固有性能有十分 不利 的 影響 。 一些 工業(yè)流體 能有效的去除非金屬夾雜物 ,但 是對合金中的鐵元素雜質(zhì)不能起到很好的作用 。眾所周知 ,鐵嚴(yán)重降低了鎂合金的耐腐蝕性能 。在 熔煉、處理和加工鎂合金 的過程中鐵元素雜質(zhì)的殘留時不可避免的 。加錳是一種降低鐵元素雜質(zhì) 在鎂合金 中含量的傳統(tǒng)方法。然而，鐵與錳的比例（錳加工的關(guān)鍵參數(shù)）很難確保錳元素的分離。 HAITANI et al 和 TAMURA et al 則相信錳元素污染了晶粒細(xì)化過的鎂合金，因此，我們應(yīng)該盡量避免通過使用含有鐵還原劑的工業(yè)原料來減少鎂合金中鐵元素的含量。在 大量的實(shí)驗(yàn)后 ,我們發(fā)現(xiàn) Na2B407可以顯著地減少鎂合金 中的 鐵含量。 2 實(shí)驗(yàn) 在實(shí)驗(yàn)中，我們最常用的材料是初始鐵含量為 0.027%的 AZ31鎂合金和 AZ91鑄鐵合金。 這種合金是通過實(shí)驗(yàn)的方法在特定的溫度下將 Na2B407 MgCl2 KC1 NaCl按一定比例混合成的。這些氯元素作為溶劑不具有鐵還原的效果 ，攪拌 15分鐘后，熔體被分別保持 600s,1800s,3000s的保溫時間。然后通過 電感耦合等離子體光譜 分析儀在樣品的頂部，底部和中心的位置分別取得實(shí)驗(yàn)分析所用的試樣。(ICP, IRIS Advantage 1000) 3 結(jié)果 通過 Na2B407處理后的金屬熔化沉淀物 經(jīng) 過了 x -射線衍射 (XRD, D/MaxIII A-12KW-Cu detector, 40 kV voltage, l()/min scanning rate) 分析。 數(shù)據(jù)庫用于識別的 x 射線 衍射 階段 采用了 JCPDS-International 中心 的數(shù)據(jù)。 顯示通過 Na2B407處理的 AZ31 實(shí)驗(yàn)鎂合金在不同溫度，時間下鐵元素的含量。當(dāng) Na2B407的含量增加到 0.6%時，無論溫度時間為多少，合金中鐵元素的含量都低于 0.0015%。隨著 Na2B407的增加，鐵的含量顯著下降。對于一定量的，溫度越高，則鐵含量的減少更明顯。這是由 Na2B407 于可以與鐵元素雜質(zhì)反應(yīng)形成鐵。且溫度越高，作用越強(qiáng)烈 。 當(dāng) Na2B407的含量增加到 0.6%時，無論溫度時間為多少，合金中鐵元素的含量都低于 0.002%.。這個結(jié)果與 AZ31 合金的結(jié)果類似。 因此 ,Na2B407 被確認(rèn)是一種很有 發(fā)展前景 的鐵還原代理阿茲系列合金 表 1 列出了 通過 Na2B407 處理的 實(shí)驗(yàn) 鎂合金 AZ31 的 腐蝕速率 。可以看出，當(dāng) Na2B407 從 0 增加到 0.6%時， AZ31 的腐蝕速率從 17.2mg 下降到了 0.8mg 圖 （左） 和 （右）分別是未經(jīng) Na2B407 處理的和經(jīng)過 0.6% Na2B407 處理的表面腐蝕的 AZ31 合金照片。 類似 地， AZ91 合金的研究結(jié)果顯示如表 2 和圖 4。他們顯示 Na2B407可以提高鎂合金 的 耐蝕性 。這是由于 Na2B407對鎂合金中鐵的還原。 Table 1 Corrosion rates of experimental alloy AZ31 by Na2B407 processing Fig.3 Corroded surface photographs of AZ31 alloy without Na2B407 (left) and with 0.6% Na2B4Ov (right) processing Fig.4 Corroded surface photographs of AZ91 alloy without Na2B4Ov (left) and with 0.6% Na2B4Ov (right) processing 4討論 我們試圖分析發(fā)生在化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算復(fù)雜合金液通過 的反應(yīng) 。下面的反應(yīng)可以被視為鎂融化 。 在這里 ,插入語和方括號中意味著物質(zhì)方程中存在的通量及鎂熔體的分別。AG0是吉布斯自由能變化的反應(yīng) 在 100 kPa 和 298.15 K正則系綜下 ,(2),氧化鎂 ),(Na2B407),(Na20(Mg),(鐵 ), 和 FeB, Na2B407, Na20, Mg， Fe分別在 熔體中反應(yīng)的產(chǎn)物 。 困難的 是 ,一些熱力學(xué)數(shù)據(jù)并不容易獲得 ,因?yàn)閺?fù)雜的反應(yīng)發(fā)生在鎂合金熔體中。在這之后 我們將努力開展更深入的工作 ?，F(xiàn)在，我們來做一個假設(shè)。 MgO, FeB, Na2B407 and Na20 在 melt-flux 系統(tǒng)中是純物質(zhì)。也就是 a(MgO), a(FeB), a(Na2B407)和 a(Na20)都是 1 那么 aMg 和 aFe 就可以近似地看做鼴鼠分?jǐn)?shù)。 對于 AZ31 合金： 對于 AZ91 合金： 他們顯示反應(yīng) (1)可以自發(fā)地 thermodynamically 發(fā)生。 這符合之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 這就是說 ,減少的原因在鎂合金 中的 鐵硼原子 與鐵原子 結(jié)合 。使其還原。 為了進(jìn)一步研究鐵還原 的過程 。 鐵和硼在不同反應(yīng)時間里分布在 AZ31合金熔體的頂部，中心和底的數(shù)據(jù)分別顯示在圖 5（ a）和（ b）中 AZ91合金的數(shù)據(jù)顯示在圖（ a）和（ b）中 5 結(jié)論 （ 1） Na2B407 可以使鎂合金 AZ31和 AZ91中鐵雜質(zhì)的含量減少到 0.002%. 從而大大提高了鎂合金的抗腐蝕的性能。 （ 2） Na2B407 使鎂合金中的鐵還原，其工作原理是使得合金中的硼原子和鐵原子在合金熔融狀態(tài)下結(jié)合，以致最終趨于穩(wěn)定。 致謝 The present study is funded by the National Basic Research Program of China (973 Program) and National Key -technologies R & D Program. 參考文獻(xiàn) 1 ZOU Hong-hui, ZENG Xiao-qin, ZAI Chun-quan, DING Wen-jiang. Development in strengthening and toughening of magnesium alloys J. Materials For Mechanical Engineering, 2004. 28(5): 1-3. 2 IKE B L, EBERT T. Magnesium properties -applications-potential J. Mater Sci Eng A, 2001, 302(1): 37-45. 3 WU Guo-hua, FAN Yu, GAO Hong-tao, ZHAI Chun-quan, ZHUYan-ping. The effect of Ca and RE on the microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of AZ91D J. Mater Sci Eng A,2005,408(1/2): 255-263. 4 FAN Yu, WU Guo-hua, ZHAI Chun-quan. Effect of strontium onmechanical properties and corrosion resistance of AZ91D J. Mater Sci Forum, 2007, 546/549: 567-570. 5 FAN Yu, WU Guo-hua, GAO Hong-tao, ZHAI Chun-quan. Currentstate and development of research on the corrosion of magnesiualloys J. Foundry Technology, 2004, 25(12): 941-944. 6 GAO Hong-tao, WU Guo-hua, DING Wen-jiang, ZHU Yan-ping.Purifying effect of new flux on magnesium alloy J. TransNonferrous Met Soc China, 2004, 14(3): 530-536. 7 PER B, KETIL P, SIGRID G The impact of metal cleanliness inmechanical properties of die cast magnesium AM50 J.MagnesiumAlloys and Their Applications, 2000: 739-745. 8 TADASHI H, YOSUKE T, TETSUICHI M. Solubility of iron in puremagnesium and cast structure of Mg-Fe alloy J. Mater Sci Forum, 2003,419-422. 9 WU Guo-hua, KANG Seung-hun, YOU Bong-sun, YIM Chang-dong,SU Jang-rang. Effects of non-flux purification on the microstructure and mechanical properties of AZ31+xCa Mg alloy J. Mater SciForum, 2007, 546/549: 217-220. 10 GAO Hong-tao, WU Guo-hua, DING Wen-jiang, ZHU Yan-ping. Study on Fe reduction in AZ91 melt by B2O3 J. Mater Sci Eng A,2004,368(1/2): 311-317. 11 ZHAI Chun-quan, DING Wen-jiang, XU Xiao-ping. Development of new type hazardless fluxes used in the melting of Mg-alloysJ. Special Casting and Nonferrous Alloys, 1997, 4: 48-50. (in Chinese) 12 INOUE M, IWAI M, MATUZAWA K. Effect of impurities oncorrosion behavior of pure magnesium in salt water environment I. Jpn Inst Light Met, 1998, 48(6): 257-262 13 LUNDER O, AUNE T K, NISANCIOGLU K. Effect of Mnadditions on the corrosion behavior of mould cast magnesium ASTM AZ91 J. Corrosion, 1987, 43(5): 291-295. 14 HAITANI T, TAMURA Y, YANO E. Grain refining mechanism of high-purity Mg-9mass%Al alloy ingot and influence of Fe or Mn- -addition on cast grain size J. J Ipn