含钇Mg-Al系镁合金的研究现状和进展

综述了钇(Y)对Mg-Al系合金的组织、室温和高温力学性能、铸造性能以及耐腐蚀性能的影响.添加适量Y不仅可以细化镁舍金的基体组织,生成高熔点强化相Al2Y,还可以改善β相(Mg17Al12)的形态,有利于铗合金室温力学性能的提高,而Y的固溶强化作用和Al2Y颗粒相的弥散强化作用既有利于室温力学性能的提高,又有利于合金高温力学性能的提高.添加适量Y也可以改善Mg-Al系合金的铸造性能和耐腐蚀性能.Y和Ce、Ca和Nd等合金元素的复合加入可有效改善镁合金的力学性能.指出了含钇Mg-Al系合金目前存在的问题,并展望了其发展前景.     

Mg-Al系耐热镁合金中的合金元素及其作用

合金化或微合金化作为改善合金性能或设计新型合金的重要手段之一,目前已普遍应用于Mg-A1系耐热镁合金的研究开发中.综述了Mg-Al系耐热镁合金中合金元素Al、Zn、Mn、Sb、Bi、Sn、Si、RE、Ca和Sr的作用行为,重点分析了Al和Zn 2种主体元素对Mg-Al系耐热镁合金组织和性能的影响,讨论了合金元素使用中存在的问题和今后的发展方向.     

时效态Mg-Gd-Y-Nd合金的组织结构及耐腐蚀性能

镁合金中加入Gd、Y、Nd等元素能提高其耐蚀性能,但目前对同时加入3种元素的情况研究较少。采用熔炼法制备了Mg-10Gd-3Y-Nd合金,并对其进行时效处理。利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等研究了时效态Mg-10Gd-3Y-Nd合金的微观组织及物相。通过静态失重法研究了时效态合金在不同浓度NaCl溶液中的耐腐蚀性能。结果表明:时效态合金主要由基体α-Mg和晶间共晶相(Mg_5Gd、Mg_(24)Y_5)组成,Gd能够良好地固溶于镁合金基体中;随着NaCl溶液浓度的增加,时效态合金的腐蚀速率增加,腐蚀深坑严重,颗粒状腐蚀物逐渐转为粉状;第二相颗粒的存在能阻止腐蚀过程向更深的晶粒区域发展,降低了腐蚀程度,提高了合金的耐腐蚀性。     

添加稀土Gd对Mg-6Al镁合金组织和耐蚀性的影响

Mg-6Al镁合金具有较好的铸造性能和力学性能,目前鲜见单一稀土元素对其腐蚀性能影响的报道。通过合金制备、微观组织分析和耐蚀性测试等方法研究了稀土Gd添加量对Mg-6Al镁合金微观组织和耐蚀性能的影响。OM、SEM、EDS、XRD分析结果表明,稀土Gd的添加改善并细化了Mg-6Al合金的铸态组织,形成杆状或块状的Al2Gd新相;动电位极化、浸泡试验等测试结果表明Gd的添加显著提高了Mg-6Al合金在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能,Mg-6Al-2%Gd镁合金的腐蚀速度最小,为0.83 mm/a,且腐蚀后组织较为致密,腐蚀产物和腐蚀坑均变小,Mg-6Al-x Gd合金的腐蚀产物主要为Mg(OH)2。     

Gd对Mg-x Gd-1Er-1Zn-0.6Zr合金显微组织和腐蚀行为的影响EI北大核心CSCD

采用重力铸造法制备Gd含量分别为7%(质量分数,下同),9%和11%的Mg-x Gd-1Er-1Zn-0.6Zr合金,利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等研究合金的显微组织,通过开路电位、动电位极化和电化学阻抗测试等方法研究合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:当Gd含量从7%增至11%时,开路电位峰值时间从1609 s降为851 s,电荷转移电阻从588.5Ω降至31.9Ω,腐蚀电流密度从2.21×10^(-5)A/cm^(2)增至3.97×10^(-5)A/cm^(2),说明随着Gd含量的增加,合金耐蚀性下降,这主要归因于第二相的微电偶腐蚀效应和腐蚀屏障效应共同作用。当Gd含量从7%增至11%时,(Mg,Zn)_(3)(Gd,Er)相体积分数从1.9%增至5.2%,并从沿晶界不连续分布转变为半连续分布,层片状LPSO相体积分数从11.7%增至26.7%,并沿着晶界贯穿晶粒内部,(Mg,Zn)_(3)(Gd,Er)相和层片状LPSO相体积分数的增加导致合金耐腐蚀性能下降,但大量细小层状LPSO相也能阻止腐蚀扩展,使得Gd含量为11%的合金在8~24 h内腐蚀速率增长减缓。     

长周期有序堆垛相对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金腐蚀行为的影响

研究不同长周期有序堆垛(LPSO)相含量对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金腐蚀行为的影响,对于新型高强耐蚀镁合金的设计具有重要的指导意义.为此,通过金相观察、SEM形貌及能谱分析、电化学测试及浸泡试验等手段考察了Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金在5％NaCl溶液中的电化学及腐蚀行为,以确定不同LPSO相含量对镁合金抗蚀性能的影响.结果 表明:Zn元素对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金中LPSO相的形成和分布起决定性的作用,当合金中不合Zn元素时,不会形成LPSO相;随着Zn元素的增多,LPSO相的体积分数不断增加,形态从薄片层状向块状转变.腐蚀过程中首先在合金基体表面形成一层均匀连续的腐蚀产物层,随Zn含量增加合金表面腐蚀产物层的厚度降低,合金腐蚀形态从全面腐蚀向局部腐蚀转变;LPSO相在局部腐蚀过程中充当腐蚀微电池的阴极,加速合金基体的腐蚀溶解.     

添加Gd对变形镁合金AZ31组织与力学性能的影响

研究了在变形镁合金AZ31中添加稀土元素Gd对合金铸态和轧态组织与性能的影响。结果表明:加入AZ31中的Gd元素形成了稀土相Al2Gd和Al-Mn-Gd的混合相,使β-Mg17Al12相的数量减少甚至消失。铸态合金中的少量Gd元素削弱了Al的晶粒细化作用,使组织粗化;而当Gd元素的含量提高时Gd开始发挥晶粒细化作用,使合金的晶粒显著细化。对于轧态合金,加入Gd元素后形成的Al2Gd相能促进合金在轧制过程中的动态再结晶,使孪晶数量减少,加工硬化作用减弱,晶粒尺寸细化。而过量的Gd元素形成粗大的第二相,使合金组织粗化。因此,适量的Gd元素可使轧态AZ31合金的强度降低而延伸率提高,其中在350℃轧制的AZ31-0.8Gd合金的延伸率最高(为13.4%),不含Gd的合金延伸率仅为5.4%。     

挤压态定向凝固镁合金组织及力学性能

采用自行设计制造的定向凝固设备,制备了大直径镁合金铸锭,并采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和室温力学性能测试等手段,研究了合金元素、挤压温度和挤压比对挤压态定向凝固镁合金金相组织和力学性能的影响。研究结果表明:对于Mg-Al系二元合金,随着Al元素在0.2%～1%的范围内增加,挤压态定向凝固镁合金的强度和延伸率都逐渐增大,但Al元素的增加也导致了组织均匀化程度的降低。较低的挤压温度和较高的挤压比有利于定向凝固AZ31获得较均匀的再结晶晶粒和第二相,因此当挤压温度为623K,挤压比为80时,挤压态定向凝固AZ31合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为255MPa、312MPa和18%,具有较优良的综合室温力学性能。     

Mg-Gd系合金的合金化研究进展

Mg-Gd系合金具有质量轻、强度高、耐热性能好等优点,在航空航天领域的应用前景广阔。然而,简单的Mg-Gd二元合金通常重稀土含量很高,综合力学性能也不够完善,已不能满足新型镁合金轻质、高强、低成本的设计理念。为了进一步提升该系合金的性能,迄今已开展了大量研究,主要的改良方案包括:(1)恰当的热处理工艺;(2)必要的变形加工技术;(3)合理的成分优化设计。其中,通过合金化方法不断优化成分配比创造出优良的新型合金是改善Mg-Gd系合金性能的根本方法。 鉴于化学成分是影响合金微观组织与力学性能的重要因素,本文综述了合金化元素Ag、Al、Zn、Ca、Si、Mn以及各种稀土元素(RE)对Mg-Gd系合金组织与性能的影响,并展望了其合金化的发展方向。例如,通过添加Zn、Cu、Ni等元素,在保留Mg-Gd系合金中原有纳米级析出相的基础上,还能在组织中形成新的长周期有序堆垛的结构相,从而实现多相协同强化合金的目的。另外,由于稀土元素价格昂贵且不易获得,若能用常见的Al、Mn、Si等非稀土元素代替部分稀土元素,形成新的强化相,则在有效改善合金性能的同时还可降低合金的成本。此外,在合金成分设计上,单一元素的作用效果有限,复合添加才是Mg-Gd系合金化研究的重要发展方向。但需要特别注意的是,在多元化设计过程中某些元素之间因存在相互作用的关系而导致反应失效,例如,含Zr的Mg-Gd系合金一般不添加Al,因为Al不仅能与Zr反应生成Al₃Zr相恶化合金组织,而且还会消耗大量基体合金中的稀土元素,降低稀土的利用率。综上所述,在合金化设计过程中,必须解决两大问题:(1)通过合金化元素种类之间的合理搭配,创造出新型合金系列;(2)确定该系列合金中各种元素的最佳含量比,从而使其性能得到进一步优化。 本文分析总结了Mg-Gd系合金在合金化方面的研究进展,分别对LPSO形成元素、非LPSO形成元素、稀土金属元素以及非金属元素对Mg-Gd系合金的作用效果进行了讨论,展示了各种元素在该系合金中的研究现状并展望了其应用前景,以期为今后镁合金的合金化设计提供参考。     

固溶体Mg-5Al-xGd合金的制备及其压缩性能EI北大核心

利用Gd(0.00%,0.25%,0.50%,0.75%,1.00%,质量分数,下同)元素和凝固压力(3 GPa)调控Mg-5Al合金凝固组织结构,对合金样品进行压缩测试,并研究组织结构与室温压缩性能相关性。结果表明:常压石墨型铸造下,仅Mg-5Al-0.75Gd合金获得了晶界无共晶相生成、粒状Al2Gd相弥散分布在基体上、晶粒平均尺寸约为85μm的固溶体组织,其抗压强度和最大压缩应变分别为379 MPa和33.46%,高于存在晶间第二相的合金。3 GPa高压下,Gd含量≤0.25%合金的凝固组织为单一固溶体,Gd含量≥0.50%合金的晶界(枝晶间)有共晶Al_(2)Gd相生成。固溶体Mg-5Al-0.25Gd合金的平均晶粒尺寸是74μm,抗压强度是402 MPa,最大压缩应变是33.61%。Mg-5Al-0.75Gd合金的平均晶粒尺寸是38μm,抗压强度和最大压缩应变分别是341 MPa和25.12%,其性能低于Mg-5Al-0.25Gd合金。可见,晶间Al,Gd元素的存在形式是影响铸造Mg-Al合金力学性能的重要因素。