Mg-Gd-Nd系合金组织和力学性能的研究进展

Mg-Gd-Nd系合金有着良好的发展前景,合金化元素Zn, Y, Zr以及等径角挤压工艺(ECAP)的引入可进一步改善合金组织,提高力学性能。概述了高强耐热镁合金成分设计原则和等径角挤压工艺,介绍了Mg-Gd-Nd系合金组织性能和时效析出行为研究进展,等径角挤压过程中镁合金组织结构、力学性能的演变规律,指出Mg-Gd-Nd系合金以及等径角挤压工艺在生产应用中存在的不足。     

往复挤压准晶增强快速凝固Mg92.5Zn6.4Y1.1合金

采用往复挤压工艺将快速凝固Mg92.5Zn6.4Y1.1合金薄带在330℃挤压2道次和4道次,然后正挤压制成Φ10 mm的棒材。用OM,TEM,XRD及DTA研究了往复挤压过程中准晶相I-Mg3YZn6弥散析出及对力学性能的影响。研究表明,往复挤压有利于快速凝固Mg92.5Zn6.4Y1.1合金薄带的焊合,获得组织致密、均匀、高强韧合金。往复挤压2道次,相组成为-αMg和准晶I-Mg3YZn6,脱溶析出纳米准晶相较少;4道次相组成为-αMg和准晶I-Mg3YZn6及MgZn相,脱溶弥散析出的纳米I-Mg3YZn6准晶相及MgZn相较多。往复挤压提高材料的拉伸性能,其主要原因是细晶强化和析出强化。     

Mg-Zn-Zr-RE系镁合金中的稀土相分析

用光学显微镜、电子探针、X射线衍射及电手显微分析等手段研究了Mg Zn Zr RE合金铸态及挤压态的稀土相。在铸态组织中,稀土及锌均富集于晶界,形成三元金属间化合物Mg_3RE_2Zn_3(W)相及Mg_3REZn_6(Z)相,在0.8Y和0.79RE合金中以Z相为主,而在2.56RE合金中W相多于z相;挤压型材中均存在W和Z相。铸态合金经350℃保温并挤压后,合金发生如下相变:Mg+Mg_3REZn_6(Z)→MgZn+Mg_3RE_2Zn_3(W)实验测定了Z相为六方结构,其a=0.640～0.642nm,C=1.029～1.031nm。     

钕对Mg7Zn2Al镁合金显微组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、XRD、SEM和万能实验机等手段研究了稀土Nd(0.3%,0.6%,0.9%)对Mg7Zn2Al镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:Mg7Zn2Al镁合金中添加Nd后,显微组织中有针状或棒状的Al2Nd和AlNd等稀土相生成,合金中的共晶组织(α-Mg+Mg32(Al,Zn)49+Mg7Zn3)得到了明显细化;但是α-Mg有粗化趋势,呈现发达的树枝状或胞状,共晶相由粗大连续的网状变为细小的块状或颗粒状分布在树枝晶的一次枝晶臂或二次枝晶臂的间隙。随着Nd含量的增加,合金的抗拉强度和延伸率呈逐渐下降趋势,显微组织的粗化是造成合金拉伸性能降低的主要原因,而硬度没有明显的变化。     

Mg-Y合金的电子理论研究

添加稀土元素Y,可以显著提高镁合金的力学性能特别是高温力学性能。通过固体与分子经验电子理论(EET)对Mg-Y合金进行了价电子结构分析：纯金属晶体计算结果显示Y应处于第五杂阶,证实了Mg应处于第三杂阶。对比Mg-Al合金,阐明了Y优于Al在镁合金中的固溶强化作用的电子理论依据是键能得到增强;同时用电子理论解释了Mg24Y5中间相在镁合金中具有显著强化作用的原因是Y原子占据八面体中心位置,Mg—Y键有效强化了合金基体。     

钇对Mg-5Zn-2Al合金组织和力学性能的影响

利用金相显微镜、电子万能试验机、扫描电镜和X射线等手段,研究了不同含量的Y对Mg-5Zn-2Al镁合金铸态及热处理状态下组织及力学性能的影响.结果表明:合金主要由α-Mg基体相、Mg32(Al,Zn)49相及Al3Y相组成,并且A13Y稀土相随着合金中加Y量的增加而增多.在铸态及热处理条件下,合金的力学性能(抗拉强度和延伸率)均呈现先下降后上升的变化趋势.在铸态条件下,当加Y量为0.3%时合金的抗拉强度达到最大,为205 MPao当加Y量为0.9%时,合金的延伸率达到最大,为14.6%.经过T6热处理后,合金的抗拉强度较铸态均得到了明显提高,而延伸率有所下降.加Y量为0.9%的Mg-5Zn-2Al镁合金的抗拉强度和延伸率均达到最大值,分别为234 MPa和11.4%.     

铈、钇在AZ91D镁合金中的存在形式及其作用

在AZ91D镁合金中添加稀土元素Ce和Y,研究了Ce,Y元素在铸态AZ91D镁合金中的存在形式以及对合金组织和性能的影响。结果表明,铸态AZ91D镁合金中加入的Ce,Y大部分形成Al4Ce和Al2Y化合物,少量剩余的Ce,Y部分取代Mg元素的位置,以代位固溶的形式固溶在α-Mg固溶体和β-Mg17Al12金属间化合物中;Ce,Y能够细化镁合金铸态组织的晶粒,使Mg17Al12相发生"断网"并减少其在组织中的相对比例;适量添加Ce,Y能够提高AZ91D镁合金铸态机械性能,其主要原因是Ce,Y的细晶作用、固溶强化作用、Al-RE相的第二相强化作用以及对Mg17Al12相强化作用的改善。     

Mg-Y合金的电子理论研究

添加稀土元素Y，可以显著提高镁合金的力学性能，特别是高温力学性能。通过固体与分子经验电子理论(EET)对Mg-Y合金进行了价电子结构分析。纯金属晶体计算结果显示Y应处于第五杂阶，证实了Mg应处于第三杂阶。对比Mg-Al合金，阐明了Y优于Al在镁合金中的固溶强化作用的电子理论依据是键能得到增强；同时用电子理论解释了Mg24Y5中间相在镁合金中具有显著强化作用的原因是Y原子占据八面体中心位置，Mg-Y键有效强化了合金基体。     

钇对AZ61镁合金组织和性能的影响

在CO2+SF6气体保护条件下感应熔炼制备了不同Y含量的AZ61-x Y(x=0,0.5,1,1.5,2)镁合金,利用光学金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、能谱分析(EDS)和拉伸及蠕变力学性能测试手段研究了Y添加对AZ61合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:合金中添加适量的稀土元素Y后,AZ61合金的显微组织得到明显的细化,合金中除了存在α-Mg和Mg17Al12相,还出现了块状析出相Al2Y。适量的Y显著提高了合金在室温和高温时的强度和塑性,同时合金在150℃/70MPa条件下的抗蠕变性能也有显著的提升。     

阶梯模冷却Mg_(68)Zn_(29)Y_3合金的组织及准晶相的形成

采用五层阶梯形模具冷却方法在Mg68Zn29Y3合金中制备了二十面体准晶相(I相)。通过扫描电镜、能谱分析仪和透射电子显微分析技术,观察了合金凝固组织和准晶相的形貌,并确定了准晶相成分及结构。结果表明:Mg68Zn29Y3三元合金在普通凝固-阶梯模冷却过程中,冷却速度对准晶相形貌、数量、大小和分布存在较为显著的影响;随着冷速的降低,准晶相的生长方式由细小弥散演变为粗大碎化,准晶晶粒尺寸由20μm逐渐长大至100μm以上;准晶相通过包晶反应形核、长大;合金凝固组织为MgZn+α-Mg+Zn60Mg30Y10。     

富钇混合稀土对AM60镁合金显微组织与力学性能的影响

在AM60镁合金的基础上添加不同质量分数的富Y混合稀土(分别为0.5%,1.0%,1.5%,2.0%),研究了富钇混合稀土对AM60镁合金显微组织与力学性能的影响。结果表明:富Y稀土的加入使AM60镁合金的显微组织明显细化,并能显著提高合金的抗拉强度、屈服强度及延伸率。加入混合稀土后,合金中形成块状的铝钇化合物Al2Y,Al6Mn6Y,β-Mg17Al12相数量减少。当稀土加入量为1%时,合金的各方面性能达到最好。     

Effect of grain refinements on the microstructure and thermal behaviour of Mg–Li–Al alloy

Journal of Thermal Analysis and Calorimetry - The light as-cast Mg–9Li–1.5Al alloys were manufactured and modified by 0.2 mass% Zr, commercial 0.2 mass% TiBor and 0.2 mass% AlSr master...     

Magnesium–lithium alloys with TiB and Sr additions

The ultralight hypoeutectic α-phase Mg–4.5Li–1.5Al alloy and hypereutectic β-phase Mg–12Li–1.5Al alloy in as-cast state were fabricated and subjected to modification by 0.2 mass% TiB and 0.2 mass% Sr grain modifiers. The crystallisation sequence of Mg–Li–Al alloys has been investigated in detail by using thermal-derivative analysis and microstructural observations. The presented work includes the effects of grain refiners on grain size and microstructure and thermal events registered during crystallisation of ultralight Mg–Li–Al alloys by recording and analysis of the temperature vs time, i.e. as T_N, T_α, T_β, T_η(LiAl) and T_SOL. Microstructure and phase observation has been done by light microscope, X-ray diffraction and energy dispersive X-ray spectroscopy. The changes of characteristic temperature points for phase transformation are studied in detail. Due to the addition of 0.2 mass% TiB and 0.2 mass% Sr, the grain structure of the alloy was refined, and mechanical properties were improved. When a TiB and Sr added simultaneously, the average grain size of the analysed alloys strongly decreases. When the TiB or Sr content was severally added, a low effect of improvements of mechanical properties was observed. With the TiB and Sr content, the liquidus and solidus decrease gradually.

     

钇对Mg-9Al-1Si合金蠕变抗力和微观组织的影响

研究了Mg-9Al-1Si-xY合金的高温蠕变性能及其微观组织与力学性能的关系。该合金中的主要强化相Mg2Si呈粗大的汉字状，分布在晶界的周围，在受到应力时，这种汉字状相与基体的界面处易产生微裂纹，降低合金的抗拉强度、塑性等力学性能。在Mg-9Al-1Si合金中加入微量的Y以后，合金的组织得到明显的细化，Mg2Si强化相形貌由粗大的汉字状转变为细小、弥散分布的颗粒状。显微组织的改善，使得Mg-9Al-1Si合金的室温和高温力学性能均有一定的提高，并明显改善了Mg-9Al-1Si的抗蠕变性能。     

铸态和快淬态Mm(NiCoMnAl)5Bx (x=0～0.4)贮氢合金的微观结构与电化学性能

用铸造及快淬工艺制备了低钴AB5型MmNi3.8Co0.4Mn0.6Al0.2Bx (x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4)贮氢合金, 分析测试了铸态及快淬态合金的微观结构与电化学性能, 研究了硼及快淬工艺对合金微观结构及电化学性能的影响. 结果表明, 铸态合金具有双相组织, 主相为CaCu5型相, 还有少量CeCo4B第二相, 第二相的相丰度随硼含量x的增加而增大. 对合金进行了不同淬速的快淬处理, 随淬速的增加, 合金中第二相的量减少. 快淬使合金的晶格参数略有增大. 快淬工艺对合金的电化学性能产生显著影响, 随淬速的增加, 合金的容量下降, 循环稳定性显著提高. 快淬使合金的活化性能降低, 但随着硼含量的增加, 活化性能、高倍率放电能力及放电电压特性均得到不同程度的改善.     

Mg-SiO_2体系制备Mg_2Si/AZ91D复合材料的研究

采用原位合成技术制备了Mg2Si/AZ91D复合材料,并通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等对添加碱土、稀土元素的影响进行了研究。结果表明:AZ91D镁合金中加入SiO2(其中Si占合金质量的3%)后,出现多边形状或树枝晶状的初生Mg2Si相,以及汉字状的共晶Mg2Si相,树枝晶状Mg2Si的平均尺寸约25~50μm,汉字状Mg2Si的平均尺寸约12~15μm;Mg2Si对镁合金中的β-Mg17Al12相有细化作用。添加Ca,Sr,Y对Mg2Si形貌、尺寸有明显的改善,当添加0.9%Ca,0.1%Sr,0.5%RE(80%Y)变质处理后,Mg2Si形貌全部变为多边形状,平均尺寸约0.8~5μm。     

熔体旋淬Ml(NiCoMnAl)_5贮氢合金的组织结构与电化学特性

对比研究了熔体旋淬和常规熔铸Ml(NiCoMnAl) 5 贮氢合金的组织结构和电化学特性。SEM和XRD分析表明 :熔体旋淬合金为细小的柱状晶粒组成 ,随着旋淬速度的增加 ,晶粒越来越细小 ,成分越来越均匀 ;它们的晶体结构和铸态一样 ,都为CaCu5 型六方晶体结构 ;随着旋淬速度的增加 ,晶粒主要按 (111) [111]择优取向生长。电化学测试表明 :旋淬态合金电极初始容量都大于 2 10mAh·g - 1 ,活化性能好 ,经两次充放电循环 ,就可达到最大放电容量。旋淬速度 10m·s- 1 的合金电极的最大放电容量 (2 94mAh·g- 1 )与铸态合金电极的最大容量相当 ,所有旋淬速度的合金电极充放电循环稳定性优于铸态合金电极。在 6 0 0mA·g- 1 电流密度下 ,旋淬速度 10m·s- 1 的合金电极充电 45min就能达到其最大容量的 6 5 %左右 ,具有较好的高倍率充放电能力 ,但随着循环次数的增加 ,它的容量稳定性稍次于旋淬速度 40m·s- 1 的合金电极。     

新型镁基储氢合金的合成及电化学性能的研究

用扩散法成功地合成了Mg_1.5Al_0.5-xNiV_x(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)系列合金。XRD结构分析表明,合金中出现一个新的物相,其化学式为Mg₃AlNi₂,属立方晶系,Fd3m空间群,新相具有很好的电化学性能。钒的添加使合金的容量进一步提高。未经任何预处理的Mg_1.5Al_0.3V_0.2Ni合金的最大放电容量达到333mA·h·g^-1(50mA·g^-1,-0.5Vvs.Hg/HgO).Al对六方晶系Mg₂Ni合金结构中Mg的部分取代对于延长合金的循环寿命有重要作用。     

Zr4+对固相反应制备堇青石材料晶相转变的影响

以菱镁矿风化石、工业氧化铝和二氧化硅微粉为原料,加入不同含量二氧化锆添加剂,通过固相反应合成制备堇青石。用XRD法和SEM法表征试样中的晶相和显微结构,用X′Pert Plus软件对结晶相的晶胞参数和结晶度进行分析,用半定量法对试样晶相组成进行计算,用Scherrer公式计算堇青石的晶粒大小。研究分析Zr4+对制备堇青石材料中晶相组成、晶粒大小、晶胞常数、结晶度及显微结构的影响。结果表明:Zr4+对堇青石结构中Mg2+的置换固溶作用使堇青石相晶胞常数及晶胞体积发生变化,形成的结构缺陷使堇青石结构中离子扩散速度加快。由于Zr4+较高的电场强度,减弱了Mg-O的键力,氧化铝和二氧化硅通过固相反应形成莫来石相。当二氧化锆加入量为1.2%时,堇青石晶胞常数和晶胞体积最大,堇青石晶粒最大,堇青石结构中莫来石含量达到2.5%。