Dergiler / İmalat Teknolojileri ve Uygulamaları / 2026 / Cilt: 7 Sayı: 1

AZ31 Magnezyum Alaşımlarında Nadir Toprak Elementleri Etkisi: Mikro Yapı, Korozyon ve Birleştirme Analizi

Influence of Rare Earth Element Additions on the Microstructure, Corrosion Resistance, and Joinability of AZ31 Magnesium Alloys

Sayfa
1–11
Yayın Tarihi
2026-04-29
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Analizler; temel olarak Al-Mn-Nd ve Al-La-Nd bakımından zenginleşmiş ikincil intermetalik fazların, her iki alaşım varyantında da ağırlıklı olarak tane sınırları boyunca dağıldığını ortaya koymuştur.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Magnezyum alaşımları, hafif mühendislik uygulamaları için her geçen gün daha fazla önceliklendirilmektedir; ancak bu alaşımların endüstriyel kullanım alanları genellikle mikroyapısal kararlılık ve korozyon hassasiyeti gibi faktörlerle sınırlanmaktadır.
📊
Temel Bulgular & Veri:Bu çalışmada, neodimyum (Nd) ve lantan (La) gibi farklı konsantrasyonlardaki nadir toprak elementleri ile modifiye edilmiş AZ31 magnezyum alaşımlarının mikroyapısal özellikleri, korozyon davranışları ve birleştirilebilirliği kapsamlı bir şekilde incelenmiştir.
💡
Sonuç & Katkı:Analizler; temel olarak Al-Mn-Nd ve Al-La-Nd bakımından zenginleşmiş ikincil intermetalik fazların, her iki alaşım varyantında da ağırlıklı olarak tane sınırları boyunca dağıldığını ortaya koymuştur.
🔬Tür:Araştırma Makalesi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:AZ31 magnesium alloy · Rare earth elements · Corrosion behavior

Özet

Magnezyum alaşımları, hafif mühendislik uygulamaları için her geçen gün daha fazla önceliklendirilmektedir; ancak bu alaşımların endüstriyel kullanım alanları genellikle mikroyapısal kararlılık ve korozyon hassasiyeti gibi faktörlerle sınırlanmaktadır. Bu çalışmada, neodimyum (Nd) ve lantan (La) gibi farklı konsantrasyonlardaki nadir toprak elementleri ile modifiye edilmiş AZ31 magnezyum alaşımlarının mikroyapısal özellikleri, korozyon davranışları ve birleştirilebilirliği kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. AZ31-0.5Nd-0.2La ve AZ31-0.5Nd-0.5La olmak üzere iki spesifik bileşim, indüksiyon ergitme yöntemiyle sentezlenmiş ve ardından 1,5 mm kalınlığında levhalar elde etmek amacıyla sıcak haddeleme işlemine tabi tutulmuştur. Hazırlanan alaşımların yapısal entegrasyon potansiyellerini değerlendirmek üzere, bu levhalar mekanik kenetleme (clinching) yöntemi kullanılarak ara yer atomu içermeyen (IF) çelik ile başarıyla birleştirilmiştir. Detaylı mikroyapısal karakterizasyon işlemleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Analizler; temel olarak Al-Mn-Nd ve Al-La-Nd bakımından zenginleşmiş ikincil intermetalik fazların, her iki alaşım varyantında da ağırlıklı olarak tane sınırları boyunca dağıldığını ortaya koymuştur. Deney tutarlılığını sağlamak amacıyla, %3,5 NaCl çözeltisi içerisinde üç farklı kesit (S1, S2 ve S3) üzerinde potansiyodinamik polarizasyon testleri yürütülmüştür. Kantitatif veriler, AZ31-0.5Nd-0.5La alaşımının, belirgin şekilde daha düşük i corr ve mpy değerleri ile kanıtlandığı üzere, AZ31-0.5Nd-0.2La alaşımına kıyasla üstün korozyon direnci sergilediğini göstermiştir. Uzun süreli daldırma korozyon testleri de bu bulguları doğrulamış; metal kaybının süreyle birlikte genel olarak artmasına karşın, AZ31-0.5Nd-0.5La alaşımının 16 saat sonunda en düşük metal kaybına (0,79 g) ulaştığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak elde edilen veriler, artan lantan içeriğinin AZ31 magnezyum alaşımlarının mikroyapısal kararlılığını ve korozyon direncini iyileştirmede oldukça etkili olduğunu kanıtlamaktadır.

Abstract

Magnesium alloys are increasingly prioritized for lightweight engineering applications; however, their industrial utility is often limited by microstructural stability and corrosion susceptibility. In the present study, the microstructure, corrosion behavior, and joinability of AZ31 magnesium alloys modified by varying concentrations of rare earth elements, specifically neodymium (Nd) and lanthanum (La), were comprehensively investigated. Two specific compositions, AZ31-0.5Nd-0.2La and AZ31-0.5Nd-0.5La, were synthesized via induction melting and subsequently processed through hot rolling to produce sheets with a precise thickness of 1.5 mm. To evaluate their structural integration potential, these processed alloys were successfully joined with interstitial-free (IF) steel through a mechanical clinching process. Detailed microstructural characterization was performed utilizing scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The analysis revealed that secondary intermetallic phases, primarily enriched with Al-Mn-Nd and Al-La-Nd, were predominantly distributed along the grain boundaries in both alloy variants. Potentiodynamic polarization tests were executed in a 3.5% NaCl solution across three distinct cross-sections (S1, S2, and S3) to ensure experimental consistency. Quantitative data indicated that the AZ31-0.5Nd-0.5La alloy exhibited superior corrosion resistance compared to the AZ31-0.5Nd-0.2La alloy, as evidenced by significantly lower i corr and mpy values. Long-term immersion corrosion tests further confirmed these findings, showing that while metal loss generally increased with duration, the AZ31-0.5Nd-0.5La alloy achieved the lowest metal loss (0.79 g) after 16 hours. Ultimately, the results demonstrate that an increased lanthanum content is highly favorable for enhancing the microstructural stability and corrosion resistance of AZ31 magnesium alloys.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Mhawesh, Z. T., Kara, İ. H., Hayat, F. (2026). AZ31 Magnezyum Alaşımlarında Nadir Toprak Elementleri Etkisi: Mikro Yapı, Korozyon ve Birleştirme Analizi. İmalat Teknolojileri ve Uygulamaları, Cilt: 7 Sayı: 1, 1–11. https://doi.org/10.52795/mateca.1728052

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (33)

  1. H. Liu, Y. Yan, X. Wu, H. Fang, X. Chu, J. Huang, J. Zhang, J. Song, K. Yu, Effects of Al and Sn on microstructure, corrosion behavior and electrochemical performance of Mg–Al-based anodes for magnesium-air batteries, J. Alloys Compd. 859 (2021) 157755.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157755.
  2. N.T. Kirkland, N. Birbilis, M.P. Staiger, Assessing the corrosion of biodegradable magnesium implants: A critical review of current methodologies and their limitations, Acta Biomater. 8 (2012) 925–936. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2011.11.014.
  3. I.H. Kara, H. Ahlatci, Y. Türen, Y. Sun, Effect of Lanthanum on the Microstructure and Mechanical Properties of Hot-Rolled Magnesium Alloy AZ31, Metal Science and Heat Treatment 61 (2019). https://doi.org/10.1007/s11041-019-00442-x.
  4. R. Neugebauer, S. Dietrich, C. Kraus, Dieless Clinching and Dieless Rivet-Clinching of Magnesium, Key Eng. Mater. 344 (2007) 693–698. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.344.693.
  5. M.M. Eshtayeh, M. Hrairi, A.K.M. Mohiuddin, Clinching process for joining dissimilar materials: state of the art, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2015 82:1 82 (2015) 179–195. https://doi.org/10.1007/S00170-015-7363-0.
  6. M. Atia, M.J.-T.-W. Structures, undefined 2017, Die-less clinching process and joint strength of AA7075 aluminum joints, Elsevier (n.d.). https://www.sciencedirect.com/science/article
  7. Z.T. Mhawesh, İ.H. Kara, M. Zeyvelı, Corrosion Resistance of Interstitial Free Steel and Mg Alloys Sheets Joined by Mechanical Clinching, J. Mater. Eng. Perform. 32 (2023) 2793–2800. https://doi.org/10.1007/s11665-022-07221-5/figures/9.
  8. S.M. Ashrafizadeh, R. Mahmudi, A.R. Geranmayeh, A comparative study on the effects of Gd, Y and La rare-earth elements on the microstructure and creep behavior of AZ81 Mg alloy, Materials Science and Engineering: A 790 (2020) 139712. https://doi.org/10.1016/J.MSEA.2020.139712.
  9. E. Willbold, X. Gu, D. Albert, K. Kalla, K. Bobe, M. Brauneis, C. Janning, J. Nellesen, W. Czayka, W. Tillmann, Y. Zheng, F. Witte, Effect of the addition of low rare earth elements (lanthanum, neodymium, cerium) on the biodegradation and biocompatibility of magnesium, Acta Biomater. 11 (2015) 554–562. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2014.09.041.
  10. J. She, F. Pan, J. Zhang, A. Tang, S. Luo, Z. Yu, K. Song, M. Rashad, Microstructure and mechanical properties of Mg–Al–Sn extruded alloys, J. Alloys Compd. 657 (2016) 893–905. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.10.146.
  11. J. Wang, X. Zhang, X. Lu, Y. Yang, Z. Wang, Microstructure, texture and mechanical properties of hot-rolled Mg–4Al–2Sn–0.5Y–0.4Nd alloy, Journal of Magnesium and Alloys 4 (2016) 207–213. https://doi.org/10.1016/J.JMA.2016.07.004.
  12. H. Pan, G. Qin, M. Xu, H. Fu, Y. Ren, F. Pan, Z. Gao, C. Zhao, Q. Yang, J. She, B. Song, Enhancing mechanical properties of Mg–Sn alloys by combining addition of Ca and Zn, Mater. Des. 83 (2015) 736–744. https://doi.org/10.1016/J.MATDES.2015.06.032.
  13. W. jing Liu, Y. dong Li, J. Qiu, X. mei Luo, H. wei Zhou, G. li Bi, T. jun Chen, Strength-thermal conductivity synergy of aluminum alloys revealed by Al–RE (RE = Ce, La, Gd, Y, Sm, Yb, Er) intermetallic compounds, Mater. Des. 255 (2025) 114221. https://doi.org/10.1016/J.MATDES.2025.114221.
  14. H. Zengin, Y. Turen, H. Ahlatci, Y. Sun, I.H. Kara, Microstructure and corrosion properties of homogenized Mg-4Zn-1La magnesium alloy, 2017. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.750.118.
  15. H. Ahlatci, I.H. Kara, Y. Turen, Y. Sun, H. Zengin, Microstructure and corrosion properties of homogenized AZ31 and AZ31+1%La magnesium alloys, 2017. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.750.107.
  16. F. Zhou, S.S. Lu, B. Jiang, R.G. Song, Effect of annealing treatment of hot-rolled AZ31 magnesium alloy on properties and stress corrosion resistance of MAO coatings, Anti-Corrosion Methods and Materials 71 (2024) 403–416. https://doi.org/10.1108/acmm-01-2024-2954.
  17. B. Yavuzyegit, K. Karali, S. Davis, B. Morrison, S. Karabal, K. Balandiz, N. Smith, S. Usov, P. Shashkov, R. Bonithon, G. Blunn, High-resolution DIC analysis of in situ strain and crack propagation in coated AZ31 magnesium alloys under mechanical loading, J. Mater. Sci. 60 (2025) 14708–14730. https://doi.org/10.1007/s10853-025-11243-4/figures/13.
  18. K.B. Abdelfattah, M.A. Abbas, W.H. El-Garaihy, A.M.A. Mohamed, H.G. Salem, Corrosion and degradation behavior of MCSTE-Processed AZ31 magnesium alloy, Scientific Reports 2025 15:1 15 (2025) 4072-. https://doi.org/10.1038/s41598-025-88161-7.
  19. C. Chiaw, W. Wong, Solidification behaviour and microstructure development of Mg-Al-RE (Ce and La) alloys, (2024).https://doi.org/10.25439/RMT.27579387.
  20. M.A. Khan, A.R. Safira, M. Aadil, M. Kaseem, Development of anti-corrosive coating on AZ31 Mg alloy modified by MOF/LDH/PEO hybrids, Journal of Magnesium and Alloys 12 (2024) 586–607. https://doi.org/10.1016/J.JMA.2023.12.004.
  21. L. Zhu, Y. Zhang, S. Xu, B. Shi, H. Hao, Y. Wang, Lanthanum hydroxide showed best application potential in La-based materials based on its stable phosphate adsorption properties in complex water environments, Journal of Environmental Sciences 152 (2025) 465–476. https://doi.org/10.1016/J.JES.2024.05.014.
  22. M.L. Lwin, D.W. Shin, S.W. Nam, Y. Go, Y.M. Kim, T.S. Kim, J.W. Lee, S.J. Hong, Effect of Single and Co-addition of Rare Earth on the Microstructure, Mechanical Properties, and Corrosion Behavior of AZ31 Magnesium Alloys, J. Mater. Eng. Perform. 33 (2024) 10386–10400. https://doi.org/10.1007/S11665-023-08674-Y/FIGURES/12.
  23. N. Eren, F. Hayat, M. Günay, Sertleştirilmiş 1.2367 Takım Çeliğinin İşlenmesinde Enerji Tüketiminin Analizi ve Modellenmesi, Manufacturing Technologies and Applications, 1 (2020) 41–49.
  24. M. Günay, İ. Yeşi̇ldağ, Mechanical Properties of Low Carbon Steel Produced by GMAW-based Additive Manufacturing, Gazi Journal of Engineering Sciences 7 (2005) 175–182. https://doi.org/10.30855/gmbd.2021.03.01.
  25. S.M. Ashrafizadeh, R. Mahmudi, A.R. Geranmayeh, A comparative study on the effects of Gd, Y and La rare-earth elements on the microstructure and creep behavior of AZ81 Mg alloy, Materials Science and Engineering: A 790 (2020) 139712. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139712.
  26. B. Liu, Z. Wu, Y. Zhang, S. Zhang, Simultaneously enhanced the strength and ductility in Mg17Al12 intermetallic compound with Ce addition, Mater. Lett. 320 (2022) 132324. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.132324.
  27. D. Singh, Ground-state properties of lanthanum: Treatment of extended-core states, Phys. Rev. B 43 (1991) 6388. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.43.6388.
  28. P. Volovitch, T.N. Vu, C. Allély, A. Abdel Aal, K. Ogle, Understanding corrosion via corrosion product characterization: II. Role of alloying elements in improving the corrosion resistance of Zn–Al–Mg coatings on steel, Corros. Sci. 53 (2011) 2437–2445. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2011.03.016.
  29. M.C. Zhao, M. Liu, G. Song, A. Atrens, Influence of the β-phase morphology on the corrosion of the Mg alloy AZ91, Corros. Sci. 50 (2008) 1939–1953. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2008.04.010.
  30. T. Özcan, M. Günay, Surface Roughness Analysis in Machining of Stainless Steel by Trochoidal Milling under Dry and MQL Cutting Environment, Gazi University Journal of Science Part C: Design and Technology 13 (2025) 1559–1567. https://doi.org/10.29109/GUJSC.1798793.
  31. Y. Xiong, A. Zhang, Corrosion Behavior of AZ80 Magnesium Alloy in Simulated Static and Dynamic Fluid Environments with Different pH Values, J. Mater. Eng. Perform. 32 (2023) 6915–6929. https://doi.org/10.1007/s11665-022-07591-w/figures/13.
  32. G. Tsurtsumia, D. Gogoli, N. Koiava, I. Kakhniashvili, N. Jokhadze, T. Lezhava, N. Nioradze, D. Tatishvili, Electrodeposition and Characterization of Mn-Cu-Zn Alloys for Corrosion Protection Coating, IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 95 (2017). https://doi.org/10.1088/1755-1315/95/4/042035.
  33. İ.H. Kara, E. Özsoy, The Effect of Homogenization Parameters on the Corrosion Rate of Mg-Al-Sn-Mn-La-Gd Alloys, J. Mater. Eng. Perform. (2022) 1–10. https://doi.org/10.1007/s11665-022-06665-z/tables/5.