船舶用鋁鎂合金成型性與腐蝕性之研究

材料與資源工程系 邱揚淳 助理教授

鋁鎂合金之型材(shapes)主要是利用高度冷加工來成型，因此合金型材在存放溫度為40至50℃時就會產生敏化現象(Sensitization)，隨著鎂含量的提高及暴露時間之增長，β-Mg₂Al₃相會大量析出於晶界上，並導致嚴重之沿晶腐蝕(Intergranular Corrosion)，使其存放條件大幅被限制，故如何提升其抗腐蝕性為鋁鎂合金之相當重要議題。目前以高溫製程退火(300至450℃)能將鋁鎂合金再結晶並消除內部儲存能，讓合金形成安定狀態，且減少β-Mg₂Al₃相析出，進而大幅度增加其抗腐蝕性，然而在再結晶過程中，晶粒非等向成長(Anisotropic grain growth)對後續成型性有不良之影響，故同時提升抗腐蝕性與成型性是鋁鎂合金相當重要之議題

本研究藉由合金設計及製程退火熱處理，來探討合金元素對鋁鎂合金在不同製程退火溫度下對合金微結構、成型性與腐蝕性質之影響，以完整呈現此鋁鎂合金之特性。由於錳、鋯與鈧為鋁鎂合金中影響再結晶之重要合金元素，將三種合金施以不同製程退火溫度等熱處理來探討微量Mn、Sc和Zr對鋁鎂合金在不同製程退火溫度下對再結晶微結構、機械性質與成型性之影響。

再結晶過程中，如圖1所示，含Zr、Sc合金之Al₃Zr與Al₃Sc顆粒在抑制(次)晶界移動的效力上優於含Mn合金之_析出顆粒Al₆Mn，從而得知含Zr、Sc合金較含Mn合金具有較佳之抑制再結晶能力；在高溫450℃之下，含Sc合金其抑制晶粒成長效果又優於含Zr之合金，結果顯示，Al₃Sc顆粒之熱穩定優於Al₃Zr；另外在晶粒成長階段，含Zr合金之再結晶晶粒為等向性成長(Isotropic grain growth)、含Mn合金為非等向成長(Anisotropic grain growth)，而含Sc合金無明顯晶粒成長。

而從再結晶程度、微結構與NAMLT試驗中可以得到以下結論：含Zr合金於再結晶過程中的回復階段，β-Mg₂Al₃相將析出於次晶界上，如圖2所示，其降低了合金沿晶腐蝕的發生，而在再結晶初期下，β-Mg₂Al₃相將連續析出在晶界上，將導致合金發生明顯沿晶腐蝕現象。而含Sc之合金，由於無明顯晶粒成長階段，造成β-Mg₂Al₃相連續析出在晶界上而產生沿晶腐蝕，使合金腐蝕性質大幅下降；相較之下，含Mn、Zr合金則有明顯晶粒成長現象，而在晶粒成長後鎂原子有聚集之現象，使β-Mg₂Al₃相(Mg₂Al₃)會在晶界上不連續析出，其腐蝕形貌為局部孔蝕而非沿晶腐蝕，進而提升合金之抗腐蝕性質。