Investtigation of the precipitation hardening behaviour and the corrosion properties of novel aluminium : manganese alloys containing scandium and zirconium

Tanprayoon, Dhritti

An addition of manganese offer many improvements for aluminium alloys such as the recrystallisation temperature, extrudability and corrosion resistance. However, the aluminium alloys containing manganese have relatively low strength due to the lack of the precipitation hardening effect. Because of this, until today, the applications of the aluminium-manganese alloys are limited. The properties of novel aluminium-manganese alloys with the addition of scandium and zirconium were investigated. The samples from three different production routes - cast, casthot extruded and atomised-hot extruded - were subjected to the annealing in the temperature range from 200 to 600°C up to 48 hours. After this time period, one sample was recrystallised. The light microscope, the scanning electron microscope (SEM) and the transmission electron microscope (TEM) were used to characterise the microstructures. The microstructural developments of the samples after quenching were deduced from the changes in specific resistivity at -196°C. The hardness increase due to the Al3(Sc,Zr) precipitates was studied by the Vickers hardness measurement (HV5). As the aluminium-manganese alloys are generally wrought alloys, the corrosion characteristics of the extruded samples quenched from the temperatures above were determined by the potentiostatic polarisation in 0,1 M NaCl solution. The peak hardness was observed after the heat treatment for the cast samples unlike the extruded samples, whose maximum hardnesses were obtained right after the extrusion. The specific resistivity changes showed the influence of the extrusion process on the precipitation of the Al6Mn phase. However, the hardness increase from this phase was negligible. The corrosion characteristics of the cast-hot extruded sample remained unchanged during the heat treatment. On the contrary, the corrosion behaviour of the atomised-hot extruded sample was greatly affected by a contaminant, which prevented the passivation of the surface after the annealing at 600°C. The results suggested the benefit of scandium and zirconium as the alloying elements in the aluminium-manganese alloys without modifying their corrosion behaviour. In comparison to the previous result, the resistance to the pitting corrosion was improved by the manganese addition, especially when manganese was in the solid solution.

Die Zugabe des Mangans bietet zahlreiche Verbesserungen für Aluminiumlegierungen an wie beispielsweise die Rekristallisationstemperatur, Strangpressbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Allerdings besitzen die Mangan enthaltenden Aluminiumlegierungen eine relativ niedrige Festigkeit aufgrund der nicht vorhandenen Ausscheidungshärtung. Aus diesem Grund sind die Anwendungen von den Aluminium- Mangan Legierungen bis heute limitiert. Die Eigenschaften der neuen Aluminium-Mangan Legierungen mit der Zugabe von Scandium und Zirkonium wurde untersucht. Die Proben wurden mit drei unterschiedlichen Herstellungsmöglichkeiten hergestellt - gegossen, gegossen heiß stranggepresst und verdüst heiß stranggepresst und wurden bis zu 48 Stunden bei Temperaturen zwischen 200 bis 600°C wärmebehandelt. Nach diesem Zeitintervall war eine Probe rekristallisiert. Zur Untersuchung der Mikrostruktur wurden das Lichtmikroskop, Rasterelektronenmikroskop (REM) und Transmissionselektronenmikroskop (TEM) verwendet. Die Phasenentwicklungen der Proben nach dem Abschrecken wurden über die Änderungen des spezifischen Widerstandes bei -196°C abgeleitet. Die Härtesteigerung durch die Al3(Sc,Zr) Ausscheidungen wurde mit Vickers Härteprüfung (HV5) untersucht. Die Aluminium-Mangan Legierungen sind hauptsächlich Knetlegierungen, die Korrosionseigenschaften der stranggepressten Proben waren nach dem Abschrecken aus den oben genannten Temperaturen von der potentiostatische Polarisation in 0,1 M NaCl Lösung bestimmt. Das Härtemaximum wurde für die gegossene Probe nach der Wärmebehandlung beobachtet. Im Gegensatz dazu waren die maximalen Härtewerte direkt nach dem Strangpressen erhalten. Die spezifische Widerstandänderung zeigte einen Einfluss des Strangpressen auf die Ausscheidung von der Al6Mn Phase, jedoch war die Härtesteigerung dieser Phase vernachlässigbar. Die Korrosionseigenschaften der gegossen-heiß stranggepressten Probe blieben während der Wärmebehandlung unverändert. Im Gegenteil wurde das Korrosionsverhalten der verdüstheiß stranggepressten Probe von einer Verunreinigung stark beeinträchtigt, welche die Passivierung der Oberfläche nach der Wärmebehandlung bei 600°C verhindert. Die Ergebnisse zeigen den Vorteil von Scandium und Zirkonium als Legierungselemente in die Aluminium-Mangan Legierungen, ohne die Korrosionsverhalten zu beeinflussen. Im Vergleich zur vergangenen Arbeit wurde durch die Zugabe vom Mangan der Widerstand gegen die Lochfraßkorrosion verbessert, insbesondere wenn Mangan im Mischkristall vorhanden war.

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Tanprayoon, Dhritti: Investtigation of the precipitation hardening behaviour and the corrosion properties of novel aluminium : manganese alloys containing scandium and zirconium. 2015.

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