含稀土汽车用耐热镁合金的热变形行为

目的 为了开发出汽车用低成本、高性能Mg-Sm系耐热镁合金,需要考察镁合金热变形过程中变形温度、应变速率等对镁合金流变行为的影响,并建立流变应力本构方程,从而为实际工业生产中的加工工艺提供理论依据。方法 采用Gleeble-3800型热力模拟试验机在变形温度350～450℃、应变速率0.001～1 s^-1的条件下对Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr镁合金进行等温压缩变形,建立Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr镁合金的流变应力本构方程,并对本构方程模型进行应变补偿。结果 均匀化态Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr镁合金中可见20～40μm的等轴晶晶粒和未回溶的第二相,主要物相为α-Mg和(Mg,Zn)₃Sm相。Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr镁合金的热变形激活能Q=238.95kJ/mol,应力水平参数α=0.0140,结构因子A=3.6628×10¹⁶。建立了Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr镁合金的双曲正弦Arrhenius流变应力本构方程,并用温度补偿变形速率因子参数Z表达了Mg-3....     

3种镁合金高应变率压缩性能的比较

在应变率102～103s-1范围,研究比较了Mg-0.6Zr、Mg-3Al-6Zn-0.3Mn-2Y、Mg-8Zn-0.6Zr-5Y 3种镁合金的压缩性能及微观组织变化.研究发现,变形抗力、极限强度以及极限强度的应变率敏感性由大到小依次为:Mg-8Zn-0.6Zr-5Y＞Mg-3Al-6Zn-0.3Mn-2Y＞Mg-0.6Zr;塑性大小则与变形抗力大小相反;3种合金的微观组织应变率敏感性与力学性能应变率敏感性并不一致.     

Zr微合金化对稀土镁合金微观结构和力学性能影响的电子显微学研究

微量Zr的添加不仅能够细化镁合金的晶粒,改善铸造性能,还会影响镁合金在热处理过程中微观结构的演变。利用多种电子显微学技术系统研究了Zr微合金化影响Mg-Zn-Nd镁合金力学性能和微观结构演变的机理。研究表明,含有微量Zr的Mg-2.7Nd-0.6Zn-0.5Zr镁合金经798 K固溶处理后,大量纳米Zn-Zr相的析出显著提升了该合金的显微硬度。在系列微束电子衍射分析的基础上,结合多方向原子分辨率结构和成分分析,确定了这些纳米Zn-Zr相为简单四方结构的Zn₂Zr₃相(空间群：P4₂/mnm,a=b=0.761 nm,c=0.682 nm),并重构出其原子构型。此外,研究结果还表明固溶处理过程中形成的纳米尺寸Zn₂Zr₃相,降低了基体中Zn元素的含量,显著提升了强化效果较好的柱面析出相β₁-Mg₃Nd的比例,进而提高了合金峰时效后的强度。研究结果丰富了Zr影响镁合金微观结构和力学性能机理的研究。     

时效对Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr镁合金强度和耐蚀性的影响

为获得高强耐蚀的Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和电化学方法等分析了时效工艺对该合金强度和耐蚀性的影响。结果表明峰值时效合金强度很高但耐蚀性差,晶界析出相粗大且分布连续,在腐蚀溶液中镁合金由于析氢,晶界处很容易形成腐蚀通道。同时纳米尺寸的析出相和镁基体微电偶腐蚀很严重。过时效状态合金强度变化不大但耐蚀性显著增强,过时效样品晶内析出相粗大,晶界析出相分布不连续,腐蚀产物在其表面堆积导致腐蚀通道被堵塞,从而使合金耐蚀性显著提高。     

铸造Mg-3Zn-0.5Cu-0.6Zr镁合金的时效析出行为研究

利用金相显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪、扫描和透射电镜研究了铸造Mg-3Zn-0.5Cu-0.6Zr镁合金铸态和固溶时效后的显微组织,初步确定了时效Mg-3Zn-0.5Cu-0.6Zr镁合金中主要合金相的种类和形态.合金铸态组织主要由初晶Mg基体和(Mg+Mg2Cu,CuMgZn)共晶组成.固溶后,晶界处大部分非平衡共晶组织溶解;180℃/20h时效后达到合金时效硬度峰值,此时晶内析出相主要有三类:(1)轴线垂直于(0001)Mg,板条状或棱柱状β2’-MgZn2,长度50nm～200nm,该相是合金的主要时效硬化相;(2)较粗大的、其轴线仍与基面垂直的六棱柱状β2’-MgZn2;(3)轴线平行于(0001)Mg,板条状或针状β-MgZn,长度50nm～150nm.     

回归时间对2024铝合金的组织和耐蚀性能的影响

采用回归再时效处理2024铝合金并对其进行透射电镜和扫描电镜观察、硬度、晶间腐蚀和电化学腐蚀测量，研究了回归时间对2024铝合金的微观组织和耐蚀性能的影响。结果表明：经回归再时效处理的2024铝合金其主要析出强化相为S相。回归处理时间为0.2 h的合金，S相细小且呈弥散均匀分布，性能有显著的提高，硬度为147.2 HV_0.5、晶间腐蚀深度为98.5μm、自腐蚀电位为-0.64 V、自腐蚀电流密度为0.24μA·cm^-2、电阻值为31397Ω·cm²。这表明，适当时间的回归处理有利于提高2024铝合金的硬度和耐蚀性。     

Mg-xAl-Zn(x=3,6,9)合金腐蚀行为比较研究

对不同Al含量的AZ系列镁合金(AZ31、AZ61和AZ91)在3.5%NaCl溶液中的腐蚀性能进行了比较研究,以便找到合适的耐腐蚀材料。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对其显微结构进行了表征。在3.5%NaCl溶液中,采用极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)和浸泡实验对其耐腐蚀性进行了测试。结果表明,AZ系列镁合金的腐蚀行为先是点蚀,后扩展为面蚀。AZ61的极化电阻(R_P)高达288.88Ω·cm²,腐蚀电流密度低为0.0026 mA/cm²,平均腐蚀速率为2.86×10^-4 g/(h·cm²),AZ61具有更优的耐蚀性能。随着Al含量提高,镁合金的耐蚀性能先升高再降低,耐蚀性能的升高归因于β-Mg₁₇Al₁₂相的粗化和连续性。     

纳米羟基磷灰石对Mg-Zn-Zr-合金体外生物性能的影响

采用常规熔炼方法在氩气保护和电磁搅拌条件下制备了纳米羟基磷灰石(nHA)/Mg-2.5Zn-0.5Zr(质量分数, %)生物复合材料, 并与基体镁合金对比, 通过与大鼠成骨细胞共培养考察材料的体外生物相容性。结果表明, 2组材料均无明显细胞毒性, 但在倒置相差显微镜下, nHA/Mg-2.5Zn-0.5Zr材料周边细胞形态完好, 密度显著高于基体镁合金组, 前3天培养液中基本无材料溶出物, 5~7天后溶出物少于基体镁合金组。细胞生长曲线显示, 随着培养时间延长2组材料表面的细胞数量均呈上升趋势, 而在复合培养的第3天和第5天, nHA/Mg-2.5Zn-0.5Zr复合材料表面细胞增殖量显著大于基体镁合金组。扫描电镜下可见成骨细胞对2组材料的反应有所不同, 在复合材料表面, 细胞呈梭形或三角形紧密贴伏, 其伪足正常伸展使细胞彼此相连, 7天后完全覆盖了整个试样。相反, 基体镁合金表面细胞呈纺锤状, 显示与材料的细胞吸附性较差。      

时效Mg-8.14Zn-1.44Y-0.5Zr合金高温摩擦磨损性能研究

镁合金在航空航天、汽车及通讯领域有着广泛的应用, 为进一步改善镁合金的耐磨性,在不同温度下对Mg-8.14Zn-1.44Y-0.5Zr合金进行了时效处理,并测试了铸态和时效态合金的硬度及高温条件下摩擦磨损行为.采用扫描电子显微镜对不同载荷及环境温度条件下合金的摩擦磨损表面进行观察,并分析了其磨损机制.结果表明：在240 ℃时,随着时效时间的增加,合金的硬度值呈现先增加而后降低的趋势,当时效温度为240 ℃,时间为12 h时,Mg-8.14Zn-1.44Y-0.5Zr合金具有最高的硬度值; 铸态合金的磨损体积损失明显高于时效态合金,两种合金的磨损体积损失均随载荷和环境温度增加而增大,且时效态合金发生严重磨损时对应的转变温度滞后于铸态合金; 环境温度低于250 ℃时,合金的磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损,环境温度为300 ℃时,磨损机制变为剥层磨损和黏着磨损.时效处理可显著提高Mg-8.14Zn-1.44Y-0.5Zr合金的硬度及耐磨性.     

超声处理制备的生物可降解Zn-1Mg-0.5Ca合金的微观组织与腐蚀行为

锌合金不仅具有良好的生物相容性,而且还有较好的降解行为,成为近些年来国内外研究者关注的热点。但是,不管在力学性能上,还是在腐蚀性能上,铸态锌合金皆不具备人体植入金属材料的条件。所以,为了提升与优化锌合金的力学性能,同时符合植入人体后的腐蚀速率需求,本实验研究了不同超声功率(300 W,600 W,900 W)处理对的Zn-1Mg-0.5Ca合金微观组织及腐蚀性能的影响。研究结果表明：随着超声功率的增加,Zn-1Mg-0.5Ca的初生α-Zn树枝晶,片层的共晶Mg₂Zn₁₁相以及块状的CaZn₁₃相被有效细化,初生α-Zn相由粗大的树枝晶转变为细小的等轴枝晶。粗大的多边形状CaZn₁₃相被细化为细小的粒状,平均尺寸从34μm减小到5μm,片层的共晶Mg₂Zn₁₁相转变成细小的棒状和粒状。电化学测试表明：未经超声处理的Zn-1Mg-0.5Ca合金的腐蚀速率最低,为0.190 mm·a^-1。随着超声功率的增加,合金的腐蚀速率逐渐增加,当超声...     

铸造镁合金Mg-Zn-Y-Zr-Ca在模拟体液中的腐蚀行为

采用光学显微镜和扫描电子显微镜研究了铸态Mg-3Zn-0.6Y-0.5Zr-0.3Ca(质量分数/%)合金的显微组织,采用失重法测试了合金在模拟体液中浸泡不同时间的生物腐蚀性能,并对合金的腐蚀行为进行分析。结果表明,Mg-3Zn-0.6Y-0.5Zr-0.3Ca合金中沿晶界连续分布的Mg3YZn6相对合金的腐蚀具有作为微阴极加速基体腐蚀或抑制腐蚀扩展的双重作用。Mg-3Zn-0.6Y-0.5Zr-0.3Ca合金的腐蚀过程分为3个阶段:晶界附近溶质原子贫化区形成几微米宽的腐蚀凹槽,在富Zr-贫Zr区形成大量腐蚀斑点,腐蚀凹槽和腐蚀斑点相互扩展破坏基体。     

中低温挤压Mg-1.5Zn-0.2Ca合金组织与性能研究

晶粒细化可以有效改善镁合金的力学性能.基于此,以Mg-1.5Zn-0.2Ca合金作为研究对象,通过中低温挤压变形工艺对Mg-1.5Zn-0.2Ca合金组织进行调控,进而对其变形后的组织及性能进行分析.结果表明:随着挤压温度降低,Mg-1.5Zn-0.2Ca合金的塑性变形机制发生转变,变形后的晶粒尺寸逐渐减小,综合力学性能增强.280℃挤压变形时,合金以基面滑移及孪生协调变形为主,动态再结晶后的平均晶粒尺寸约为5.3μm,此时合金的屈服强度为95 MPa,抗拉强度为186 MPa,延伸率为22％.     

Mg-3Zn-1Zr合金细径管材的挤压模具设计

基于Mg-3Zn-1Zr合金本构方程运用Defrom-3D软件对多种Mg-3Zn-1Zr合金细径管材的挤压模具参数的配合进行了有限元模拟分析。结果表明:挤压模入口圆角半径一定时,挤压模模角越大,挤压杆的载荷越小,挤压模圆锥段发生紊流现象越严重,挤压死区越大。挤压模入口圆角处的磨损最为严重,当挤压模模角为120°,挤压模入口圆角半径为2 mm时,模具磨损最小,挤压载荷和模具应力也较小。工作带长度超过4 mm时,随着工作带长度的增加,模具磨损深度显著增大,管材与模具易产生黏结,进而产生缺陷和变形不均匀。采用模拟优化的模具挤压出的Mg-3Zn-1Zr合金细径管材表面质量良好、尺寸精度高,说明基于Deform-3D有限元分析能够为实际模具设计与镁合金型材的生产提供可靠参考。     

镁合金搅拌摩擦焊技术的研究进展

搅拌摩擦焊技术是近十几年发展起来的，适合于低熔点合金的一种新型焊接方法。由于镁合金具有密度小、比强度高、尺寸稳定性好等特点，目前镁合金的搅拌摩擦焊已经引起了越来越多的关注。综述了国内外镁合金搅拌摩擦焊接技术的研究现状，包括镁合金与同种及异种合金的连接技术，并展望了镁合金搅拌摩擦焊技术的发展趋势。     

退火处理对含铒Al-Mg-Zn合金组织和性能的影响

使用硬度测量、室温拉伸、光学显微镜（OM）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电镜（TEM）等测试方法,对不同退火处理的Al-6.0Mg-1.0Zn-0.8Mn-0.2Cu-0.2Er-0.1Zr热轧板的室温拉伸性能、晶间腐蚀性能和合金的宏微观组织进行了系统研究。结果表明：合金板材的稳定化工艺窗口为230℃/18 h,240℃/6 h,250~270℃/2 h;在250℃/2 h退火后,合金板材的屈服强度为263 MPa,失重值为6.732 mg/cm²。结合力学性能和腐蚀性能,优选250℃/2 h为热轧板的最佳稳定化工艺。通过选区电子衍射和能谱图分析,发现晶界与晶内的析出相均为T-Mg₃₂（AlZn）₄₉相。经过250℃/2 h退火后,晶内T相逐渐长大回溶,形貌由方块状转变为短棒状。而T相在晶界处呈断续分布,且间距变大,所以呈现良好的耐蚀性。     

快速凝固/粉末冶金法制备ZK60高强镁合金

采用快速凝固/粉末冶金法(RS/PM)制备块体ZK60(Mg-5.52Zn-0.33Zr,质量分数/%)镁合金,研究了挤压态合金在200,300℃退火1h后微观组织和力学性能的变化.结果表明:挤压致密化过程中,合金粉末颗粒在剪切力作用下被拉长,内部晶粒碎化成小角度亚晶粒、位错胞和条带状亚晶,第二相纳米颗粒沿亚晶界随机分布;随后200℃退火后,组织发生不完全再结晶,位错密度有所降低;而在300℃退火后,合金组织发生完全再结晶,形成平均尺寸约2.5μm的等轴晶,同时晶内析出大量β2′相.挤压态合金的屈服强度和延伸率分别为394MPa,15.2%;随着退火温度的升高,强度略有下降,塑性提高,合金综合性能优异.     

Cu对Mg-7Zn-0.6Zr合金流动性的影响

使用流动性模具研究了Cu含量对Mg-7Zn-x Cu-0.6Zr(x=0,1,2,3)合金流动性的影响。用双电偶差热分析法分析了合金凝固过程中的凝固区间和枝晶相干温度等参数,根据TEM鉴别了合金的微观物相,并结合SEM和EPMA观察了合金的显微组织。基于理论预测和流动性实验测试研究了Mg-7Zn-x Cu-0.6Zr(x=0,1,2,3)合金的流动性。结果表明,随着Cu的加入在Mg-7Zn-0.6Zr合金中析出MgZnCu共晶组织,使晶粒细化、凝固区间减小、枝晶相干温度降低、枝晶生长速率降低和合金流动性提高。     

高压扭转对GW83K镁合金耐腐蚀性能的影响

采用高压扭转(HPT)工艺对Mg-8Gd-3Y-0.4Zr(GW83K)合金进行剧烈塑性变形加工,通过显微组织观察、物相分析、显微硬度测定、开路电位测试、动极化曲线测试、交流阻抗谱及扫描开尔文探针分析,对比研究了HPT前后GW83K合金的显微组织和耐蚀性。结果表明:经5圈高压扭转后,GW83K合金的晶粒细化不显著,物相结构亦无变化,晶粒中出现大量孪晶和位错,试样中心区域和边缘区域的晶粒尺寸无明显差异,但边缘区域硬度远高于中心区域。HPT后镁合金在空气中伏打电位较低,在3.5%(质量分数)NaCl溶液中浸泡时开路电位迅速稳定(约1h)但稳定值较负,腐蚀电流密度较大,电化学阻抗较小且随浸泡时间延长而减少,其耐蚀性不及未HPT加工的初始态合金。在0.1mol/L NaOH溶液中,浸泡初期初始态和HPT态合金开路电位较接近,交流阻抗相差不大,浸泡6h后初始态的电化学阻抗容抗弧直径则明显大于HPT态样品。极化曲线显示HPT态合金在碱性溶液中的维钝区间减小,维钝电流密度增大,初次击穿电压负移。HPT加工虽有助于镁合金表面快速形成钝化膜(不能有效保护基体),却使镁基体更活泼(溶解加速),GW83K镁合金耐蚀性下降。     

Ti6Al4V钛合金渗碳层在HF中的腐蚀行为

用真空感应渗碳方法对Ti6Al4V钛合金进行高速渗碳,研究了渗碳层在HF溶液中的腐蚀行为。对腐蚀前后渗碳层的相结构和形貌的分析发现：对Ti6Al4V钛合金高速渗碳后,在表面生成一层TiC和CTi_0.42V_1.58复合化合物相的渗碳层。因为表面有渗碳层,Ti6Al4V钛合金在浓度为0.2%的HF中?泡其腐蚀速率从4.65×10^-10 g·m^-2·h^-1降低到3.3×10^-10 g·m^-2·h^-1。电化学腐蚀测试结果表明,其自腐蚀电位从未渗碳时的-0.94 V升高到-0.68 V,腐蚀电流密度从4.10 mA·cm^-2降至1.65 mA·cm^-2,极化电阻从6.36 Ω·cm²增大到15.8 Ω·cm²,R_t从0.2 Ω·cm²增大到5.7 Ω·cm²。渗碳层具有n型半导体特性,未渗碳样品具有p型半导体特性。Ti6Al4V钛合金渗碳后,在腐蚀过程中电子转移的阻力增大,使耐蚀性提高。F^-对Ti6Al4V钛合金渗碳层的腐蚀机理,主要是析氢腐蚀。     

Mg-4Zn-3Y合金高温阻燃特性

为了改善镁合金在熔铸及加工过程中抗氧化燃烧性能,用合金化阻燃方法在Mg-4Zn合金中添加适宜的Y元素制备了阻燃效果优异的Mg-4Zn-3Y合金.采用俄歇电子能谱仪、X射线衍射仪和扫描电镜(SEM+EDS)研究了氧化膜的显微形貌、合金元素分布及其物相组成.结果表明,Mg-4Zn-3Y合金在高温下暴露于大气中时,燃点提高250℃,合金表面生成一层以Y2O3为主的氧化膜,改善镁合金氧化膜的粘附性,提高高温抗氧化和燃烧能力.基于高温氧化热力学分析,建立了Mg-4Zn-3Y合金在高温下的氧化物理模型.Mg-4Zn-3Y合金能在1065K时于大气中保温30min而不燃烧,实现了低Y元素含量镁合金在大气条件下的无保护熔炼.