Al2X(X=Ca,Y,Ce)金屬化合物對鎂合金晶粒細化、組織及力學性能的影響.pdf

1、鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，且鎂資源豐富，其應(yīng)用受到研究者們的廣泛關(guān)注。但是鎂合金存在力學性能低、成型性能差等缺點。晶粒細化是解決這些問題的有效方法。對于鑄造鎂合金來說，變質(zhì)處理是最有效和最具實用價值的晶粒細化方法。目前Mg-Zr中間合金為不含Al鎂合金常用的晶粒細化劑，但其應(yīng)用還存在很多問題，比如：價格貴、合金化溫度高和易沉降等缺點。因此，亟需尋找一種廉價、高效的晶粒細化劑替代品。最近研究發(fā)現(xiàn)原位合成 Al2Ca顆?？勺鳛檐堉茟B(tài)鎂

2、合金的有效形核核心細化晶粒。另外還發(fā)現(xiàn)添加Al在Mg-10Y合金中，原位形成的Al2Y顆粒也是鎂基體的高效異質(zhì)形核劑。
　　本文通過原位合成和外添加兩種方式，首先考察了Al2Ca和Al2Y兩種化合物對鑄態(tài)鎂合金的細化機理及其對合金力學性能的影響；然后通過添加Al在Mg-Ce合金中，證實了Al2Ce是鎂合金另一種有效異質(zhì)形核顆粒；最后總結(jié)出Al2X化合物作為異質(zhì)形核顆粒需要滿足的物理化學條件。主要成果如下：
　　通過控制鎂中C

3、a/Al原子比在0.7左右，原位合成了含Al2Ca的鑄態(tài)鎂合金。當Al2Ca含量為4 wt.％時，合金晶粒最細。但合金中的Al2Ca不具有異質(zhì)形核作用，晶粒細化的原因主要是添加的Ca和Al元素的溶質(zhì)效應(yīng)。合金經(jīng)過熱擠壓， Al2Ca化合物由網(wǎng)狀破碎成顆粒狀，為動態(tài)再結(jié)晶提供了形核質(zhì)點細化了晶粒。擠壓態(tài)Mg-4 wt.%Al2Ca合金獲得最優(yōu)的拉伸性能：屈服強度為275MPa，抗拉強度324MPa，延伸率10.2%。通過外添加1 wt.%

4、的Al2Ca粉末顆?？娠@著細化鑄態(tài)AZ31合金晶粒，證實外加Al2Ca顆粒為有效的形核核心。
　　首次制備了含Al2Y顆粒的Mg-10Al2Y中間合金。細化試驗顯示，Al2Y中間合金可顯著細化Mg-3Y合金，Al2Y最優(yōu)添加量為2 wt.%，保溫時間5~60min內(nèi)晶粒細化效果顯著而不失效，且長時間靜置Al2Y顆粒沉降不明顯。添加2 wt.%的Al2Y后Mg-3Y合金拉伸性能得到較大程度的提高，可與Zr細化的合金性能相媲美。Al2

5、Y中間合金細化性與添加Al細化的Mg-Y合金相比具有明顯優(yōu)勢。添加1 wt.%的Al只能在Y含量大于6 wt.%的鎂合金中原位形成Al2Y形核顆粒，從而細化合金。然而，Al2Y中間合金可顯著細化不同含量的Mg-Y合金。且隨著Y含量的增加，晶粒細化效率也隨著增加。Mg-7Y-2Al2Y合金的晶粒細化效率可達到83%。
　　全面考察了Al2Y中間合金對其他稀土鎂合金的晶粒細化性。試驗證實其顯著細化Mg-3RE-1Y(RE=Ce，La，

6、Nd，Gd)合金，晶粒細化效率全都達到88%以上，在合金晶粒內(nèi)，可明顯觀察到有顆粒狀A(yù)l2Y存在，合金中溶質(zhì)元素Y增加了Al2Y顆粒的穩(wěn)定性，提高了細化效率。新獲得一種細化鎂合金的有效異質(zhì)形核化合物顆粒。Mg-6Ce和Mg-3Ce合金中添加一定量的Al后，晶粒明顯細化。組織分析表明，在α-Mg凝固之前原位形成了具有異質(zhì)形核作用的 Al2Ce顆粒，其位于晶粒中心且與鎂基體具有良好晶體學匹配性。
　　研究表明，添加Al細化的Mg-6C

7、e合金拉伸性能得到顯著提高，基于組織分析，闡述了性能的提高是由于晶粒細化和纖維狀A(yù)l11Ce3的強化作用。高溫晶粒穩(wěn)定性試驗表明，Al與Zr細化的Mg-3Ce合金晶粒都具有良好的高溫穩(wěn)定性，主要是因為高溫下晶界分布的穩(wěn)定相 Al11Ce3和 Mg12Ce的釘扎作用，然而 Al細化的Mg-3Ce合金室溫和高溫壓縮性能明顯優(yōu)于添加Zr的合金。
　　總結(jié)認為，如果鎂合金中Al2X顆粒能起到異質(zhì)形核的作用，需同時滿足三個方面的條件：首先A