Mg67-xCaxNi33 (x=0, 5, 10, 15, 20, at%)合金的物相及储氢性能研究

采用感应熔炼、甩带结合机械球磨法制备了Mg67-xCaxNi33(x=0,5,10,15,20,at%)储氢合金。研究了Ca含量及制备工艺对合金相结构和储氢性能的影响。结果表明,制备工艺(熔炼,熔炼+球磨,熔炼+甩带+球磨)对储氢合金的物相组成影响不大,而含Ca的合金经过甩带后容易形成非晶。不含Ca的Mg67Ni33合金主要由Mg2Ni相组成,并含有少量的Mg相;随着Ca含量升高,合金中的Mg2Ni相逐渐减少,而MgNi2相和Mg2Ca相逐渐增加。当Ca含量增加到20at%时,Mg47Ca20Ni33则主要由MgNi2和Mg2Ca组成,几乎没有Mg2Ni生成。P-C-T测试结果表明,在573K下,Mg67-xCaxNi33合金的最大吸氢量随着合金中Ca含量的升高而降低,这主要是由于Mg2Ni相含量减少造成的。吸氢后的Mg67Ni33主要由Mg2NiH4组成,而含Ca合金吸氢后则主要由Mg2NiH4、CaH2和不吸氢的MgNi2相组成。     

Al-V合金预磨状态对Al-Fe-V-Si-Nd机械合金化过程中显微组织演化的影响

采用高能球磨法制备Al89.5Fe6 .4V0 .7Si2 .4Nd合金粉末 ,并用X射线衍射技术研究了球磨过程中的组成。发现经 60h高能球磨 ,合金粉末的微观组织由Al非晶和Al3V相组成 ;Al V合金的预磨状态影响Al89.5Fe6 .4 V0 .7Si2 .4Nd合金机械合金化过程中显微组织演化。     

Mg17Al12基储氢合金的表面复相改性

采用机械球磨法制备Mg17Al12合金,系统研究了球磨时间对Mg17Al12形成过程的影响;并以球磨12 h的Mg17Al12合金为基体,添加5%、10%（质量分数）的Ni、Cu单质,通过机械球磨对合金进行表面复相改性。采用P-C-T测试仪测定合金的储氢性能,研究添加不同质量分数的单质对Mg17Al12合金储氢性能的影响。结果表明：球磨12 h Mg17Al12的吸氢速率较慢,吸氢时间较长,需在1400 min达到最大吸氢量为4.1%（质量分数）,接近其理论吸氢量4.4%,Mg17Al12的吸放氢过程是可逆的。Cu对Mg17Al12进行表面复相改性,可以显著改善其吸氢动力学性能,添加5%Cu和10%Cu的合金在623 K,240 min的吸氢量分别为4.07%和3.9%。经过Cu和Ni复相改性后的Mg17Al12具有较好的放氢性能,添加5%Cu合金在553 K放出3%的氢气。Ni对Mg17Al12进行表面复相改性,对其性能有一定的提高,但是和Cu相比,并不明显     

Al,Mn对Mg2Ni型贮氢合金相形成及电化学性能的影响

采用压制烧结和随后机械合金化的方法制备了非晶态的Mg2Ni型电极合金。研究了Al，Mn替代Mg后对合金相形成及电化学性能的影响。XRD测试显示：各合金在610—620℃经过5h烧结后的相结构大部分为Mg2Ni相，与Ni粉混合球磨72h后全部转变为均匀的非晶相。电化学性能测试结果表明：Al，Mn替代后的三元、四元合金的放电容量、高倍率性能较Mg2Ni合金均有显著提高，其中四元Mg1.8Al0.15Mn0.05Ni合金的综合性能最佳。     

用机械合金化法制备Al—Y—Ni非晶合金

本文用热力学和动力学分析了Al—Y—Ni合金系在机械合金化过程中实现非晶转变的能力。用机械合金化方法成功地获得了Al—Y—Ni非晶合金粉末,其非晶属性由X射线衍射和热分析实验得到证实。并研究了球磨强度对Al—Y—Ni合金系球磨非晶转变的影响,发现强度过高不利于非晶转变。     

Mn含量对Mg2Ni型合金相形成及放电性能的影响

采用按比例混合合金粉末压制成圆柱试样，然后用低温烧结和随后机械球磨的方法制备了非晶态的Mg2Ni型合金。研究了烧结和球磨对不同Mn含量的Mg2Ni型合金的相形成过程及电化学性能的影响。实验表明：在Mg2Ni中采用第三组元Mn对Mg进行适量的替代后，通过烧结及球磨方法可以获得均匀的非晶相；微量替代可有效地提高其放电容量：随替代量的增加，合金最大放电容量和高速放电能力降低，而充放电循环稳定性提高。     

Sr、Ca复合添加对AZ31镁合金中合金相的影响

采用XRD、SEM和DSC等手段对Sr、Ca复合添加后的AZ31镁合金中合金相的类别进行了鉴别。结果表明,Ca与Mg元素在基体中形成了Mg2Ca合金相,并不是形成生成焓更低的Al2Ca。随着Ca含量的增加,基体中Mg2Ca合金相的含量增加,当Ca含量增加至0.6%(质量分数)时,基体中出现了带状析出相,并且在Mg2Ca合金相中发现了Sr元素的存在。利用合金相形核理论论证了基体中出现Mg2Ca而不是Al2Ca的原因,计算结果表明虽然Al2Ca的生成焓比较低,但是形核时产生的化学自由能变较大。且Al2Ca合金相的弹性模量与镁基体差异太大,其形核所产生的弹性应变能比Mg2Ca大,所以阻碍了Al2Ca在AZ31基体中形成。     

Mg58Al42储氢合金的制备及其电化学性能

采用机械合金化技术制备了Mg58Al42储氢合金并借助于X射线衍射仪、PARM273A和M5210电化学综合测试仪研究了其在不同球磨时间下的物相结构以及放电容量和耐腐蚀等电化学性能. 结果表明:合金粉末经高能球磨后产生了Mg17Al12新相,随着球磨时间的增加,衍射峰的相对强度下降,衍射峰变宽,合金的平均晶粒尺寸降低,内应力增大.合金的放电容量随球磨时间的延长先增加而后则降低,其中球磨20 h时,放电容量最大.合金的动电位极化曲线出现了钝化现象,合金腐蚀电流密度随球磨时间的延长先增大而后降低.合金的交流阻抗谱均由单容抗弧组成,电极反应受合金/电解质溶液界面的电荷迁移所控制.     

热处理对ATX525镁合金中CaMgSn相形貌演化的影响

采用XRD、SEM和EDS研究了热处理温度对ATX525镁合金相组成、显微组织和析出相成分的影响,考察了保温时间为24 h条件下,Ca Mg Sn相随温度变化的演化规律。结果表明,合金组织中析出相由热稳定性较高的Mg2(Al,Ca)、Al2Ca和Ca Mg Sn等相组成。其中,Ca Mg Sn相中Sn和Ca含量随处理温度变化而变化,从而使其热稳定性和形貌发生变化。当温度低于500℃时,主要发生Ca Mg Sn溶断和破碎过程,体积分数没有显著变化;当温度为550℃时,Ca Mg Sn相发生溶入基体过程,体积分数减少;然而当处理温度为570~600℃,Ca Mg Sn相出现长大现象。获得细化Ca Mg Sn相貌的热处理温度为500~550℃。合金经过550℃/24 h处理后,经200℃/96 h时效,Ca Mg Sn相以条状和细小的颗粒状析出,与颗粒形貌相比,条状Ca Mg Sn相具有铸态时的形貌特征。     

通信锂电池负极材料的制备与性能研究

采用机械合金化法制备了Mg2Ni负极材料,研究了机械球磨时间对Mg2Ni负极材料物相组成、粉末形貌、循环稳定性和充放电性能的影响。结果表明,随着机械球磨时间的延长,负极材料中物相组成在发生变化,当机械球磨时间≥40 h时,负极材料中主要由非晶和Mg2Ni相构成;随着机械球磨时间的延长,Mg2Ni合金粉末尺寸不断减小,且由不规则形状逐渐转变为球状;在机械球磨时间为60 h时,Mg2Ni电极的放电容量较高,且在相同的循环次数下体现出了较高的循环稳定性;虽然机械球磨时间为20 h时的放电容量较低,但是荷电保持率较高;而机械球磨时间为60 h时的放电容量和荷电保持率都处在较高的水平,为Mg2Ni负极材料适宜的机械球磨时间。     

喷射沉积Mg-12.55Al-3.33Zn-0.58Ca-1.0Nd合金组织与力学性能研究

利用XRD、OM、SEM、TEM研究了喷射沉积Mg-12.55Al-3.33Zn-0.58Ca-1.0Nd合金挤压态的显微组织和合金的力学性能。结果表明:喷射沉积挤压态镁合金主要包含基体α-Mg和Al2Ca相,基体组织为等轴晶,平均晶粒尺寸为3μm;Al2Ca颗粒主要沿镁基体晶界分布,颗粒尺寸在1.0μm左右,并在Al2Ca相中存在孪晶结构;合金的σb、σ0.2、δ分别为450、325MPa,5%。在拉伸断口上存在大量石块状的Al2Ca相,表明合金的断裂方式为沿晶断裂;与经热挤压的铸造AZ91镁合金对比,该合金强度明显提高,但合金塑性降低;合金强度的提高主要来源于合金的细晶强化和Al、Zn对合金的固溶强化,而伸长率降低是由于合金中存在的大量Al2Ca颗粒是沿镁基体晶界分布,导致合金的塑性降低。     

Mg17Al12、Al2Y及Al2Ca相稳定性与弹性性能第一原理研究

采用基于密度泛函理论的Castep和Dmol程序软件包,计算了Mg17Al12、Al2Y及Al2Ca相的结构稳定性、弹性性能与电子结构。形成热和结合能计算结果表明:Al2Y具有最强的合金化形成能力和结构稳定性;热力学性质计算结果表明:在298~573 K温度范围内,Al2Y的Gibbs自由能始终最小,其结构热稳定性最好,Al2Ca次之,Mg17Al12最差,Y和Ca合金化Mg-Al系合金形成Al2Y及Al2Ca利于提高镁合金的高温抗蠕变性能;弹性常数的计算结果表明:3种金属间化合物均为脆性相,Mg17Al12的塑性最好;采用弹性常数计算结果预测的Al2Y熔点最高,其结构热稳定性最好。态密度和Mulliken电子占据数的计算结果表明:Al2Y结构最稳定的原因,主要源于体系在Fermi能级以下区域成键电子存在强烈的共价键作用。     

Microstructure and creep properties of Mg-4Al-2Sn-1 （Ca,Sr） alloys

The effects of Ca and Sr addition on the microstructure and creep properties of Mg-4Al-2Sn alloys were examined.Tensile tests at 25℃ and 200℃ and creep tests at 150℃ and 200℃ were carried out to estimate the room temperature and high temperature mechanical properties of these alloys.The microstructure of the Mg-4Al-2Sn alloy showed dendriticα-Mg,Mg17Al12 and Mg2Sn phases.The latter two phases precipitated along the grain boundaries.The addition of Ca and Sr resulted in the formation of ternary CaMgSn and SrMgSn phases within the grain.The grain size was reduced slightly with the addition of Sr and Ca.The tensile strength was decreased by the addition of Ca and Sr at room temperature.However,the high temperature tensile strength was increased.The creep strength was improved by the addition of Ca and Sr.     

Ca对Mg-5Al-1Bi合金显微组织和力学性能的影响

使用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜、能谱仪及力学性能测试等试验手段,研究了Ca含量对铸态Mg-5Al-1Bi镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,铸态Mg-5Al-1Bi镁合金由α-Mg基体和β-Mg17Al12相组成,加入Ca后,合金晶粒细化,β-Mg17Al12相的数量减少,由连续变得较为分散。当Ca含量达到3%时,合金中生成新的第二相Al2Ca。高熔点相Al2Ca在高温条件下能钉扎晶界,阻碍晶界滑移,有利于提高合金的高温蠕变性能。合金硬度和屈服强度随着Ca含量的增加而提高,而抗拉强度和伸长率下降。     

Mg基非晶合金的形成能力和力学性能分析

在水冷铜坩埚中采用铜型吸铸法制备直径为3mm的棒状Mg81Zn17Ca2、Mg63Zn32Ca5、Mg65Zn30Ca5合金材料,利用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微Mg14Zn22Ca64、镜（SEM）等对Mg基非晶合金的形成能力和力学性能进行研究。结果表明：Mg65Zn30Ca5的非晶形成能力最强,Mg63Zn32Ca5和Mg14Zn22Ca54次之,Mg8iZn17Ca2最弱。Mg65Zn30Ca5力学性能519MPa;Mg811Zn17Ca2次之,约为493MPa;Mg63Zn32Ca5和Mg14Zn22Ca64最好,断裂强度最大约为断裂强度都较低。四种成的分的Mg-Zn-Ca合金均为脆性断裂,几乎没有塑性应变。     

Mg67Zn28Ca5合金激光表面非晶化处理及其生物腐蚀性能研究

Mg-Zn-Ca合金因其较好的力学性能、良好的生物相容性和优异的可降解性，有望在人体骨组织植入材料得到推广应用，但由于镁合金耐生物腐蚀性能较差，限制了其临床的进一步应用。通过激光表面非晶化处理对共晶成分的Mg67Zn28Ca5合金进行了表面改性，研究了激光扫描速度对Mg67Zn28Ca5 合金表面非晶复合涂层的显微组织和相组成的影响；测试了合金表面改性前后在人工模拟体液中的生物腐蚀行为。研究结果表明，经激光表面非晶化处理后样品表面主要由大量的非晶和极少量的晶态物质组成。随着激光扫描速度的增大，合金表面形成的非晶相越多。晶相的形成主要是受到后续激光加工的热影响而产生热激活，部分非晶相发生了形核长大。与铸态镁合金相比，非晶复合涂层在人工模拟体液中的腐蚀电位正向偏移了0.16 V，腐蚀电流密度下降了约13倍。合金表面少量晶相的存在，使之成为表面腐蚀的活性通道，对合金表面的腐蚀性能产生轻微的影响。通过激光表面改性处理，可有效改善Mg67Zn28Ca5合金的耐生物腐蚀性能，在生物医用植入方面展现出良好的应用前景。     

Mg-Al-Ca合金系金属间化合物的力学性质与热力学性能第一原理计算

采用基于密度泛函理论Castep和Dmol程序软件包,计算了Mg-Al-Ca合金系金属间化合物的力学性质与热力学性能。结果显示:DI3型结构Al4Ca为延性相,C15型结构Al2Ca与C14型结构Mg2Ca为脆性相,C15型结构Al2Ca塑性最差;采用弹性常数计算结果预测的Al2Ca熔点与实验值很接近,误差仅为4.06%;而不同温度下热力学性能的计算结果表明,在298.15~425K温度范围内,Al2Ca的Gibbs自由能最小,对应其相结构的热稳定性最好;而Al4Ca次之,Mg2Ca最差;随着温度的升高,Mg2Ca的Gibbs自由能下降最快,对应结构的热稳定性增强也最快;在525K以上时,Mg2Ca的结构热稳定性最好,其次是Al2Ca,而Al4Ca最差。     

Structural stability of intermetallic compounds of Mg-Al-Ca alloy

A first-principles plane-wave pseudopotential method based on the density functional theory was used to investigate the energetic and electronic structures of intermetallic compounds of Mg-Al-Ca alloy, such as Al2Ca, Al4Ca and Mg2Ca. The negative formation heat, the cohesive energies and Gibbs energies of these compounds were estimated from the electronic structure calculations, and their structural stability was also analyzed. The results show that Al2Ca phase has the strongest alloying ability as well as the highest structural stability, next Al4Ca, finally Mg2Ca. After comparing the density of states of Al2Ca, Al4Ca and Mg2Ca phases, it is found that the highest structural stability of Al2Ca is attributed to an increase in the bonding electron numbers in lower energy range below Fermi level, which mainly originates from the contribution of valence electron numbers of Ca（s） and Ca（p） orbits, while the lowest structural stability of Mg2Ca is resulted from the least bonding electron numbers near Fermi level.     

Formation of Al2Ca Phase in as-Extruded X20 Magnesium Alloy by Solution Treatment

对Ca含量为2wt%的挤压态X20镁合金在410 ℃固溶处理20 h,采用光学显微镜 (OM)、扫描电镜 (SEM) 结合能谱分析 (EDS)以及透射电镜 (TEM) 对固溶处理前后的组织进行了表征,利用XRD衍射仪考察了固溶处理前后合金的相组成。结果表明,经固溶处理后,合金初始组织中β-Mg17Al12相的数量明显减少,同时析出新相Al2Ca。Al2Ca的形成可归结于残余β-Mg17Al12中高的Ca原子所造成的Mg原子被Ca原子取代,同时Al2Ca相自身高的结构稳定性也是其在Mg-Ca和Al-Ca系竞争析出中胜出的原因。     

真空压铸Mg-7Al(-2Sn)合金组织性能研究及第一性原理计算

利用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析、X射线衍射、差热分析及拉伸试验比较分析了2%Sn(质量分数)对真空压铸和固溶态Mg-7Al合金的组织与力学性能的影响。结果表明,向Mg-7Al合金中添加2%Sn元素后,能够细化晶粒,抑制Mg17Al12相的生长,在组织中形成新相Mg2Sn,其以颗粒状弥散分布于基体中;固溶处理后Mg-7Al合金中第二相数目明显减少,AT72合金基体中仍存在细小颗粒状Mg2Sn。由于合金组织细化、第二相数量的增加,Mg17Al12相形貌改善以及具有良好热力学性质的Mg2Sn相的析出的综合作用,使得AT72合金表现出比Mg-7Al合金更好的室温及高温拉伸力学性能;固溶处理后的AT72合金表现出更为优异的力学性能,主要强化机制包括:固溶强化和弥散强化。此外,利用第一性原理计算从微观理论角度探讨了Sn合金化Mg-7Al合金力学性能改善的原因。