Mg-Zn-Nd系合金准晶相的形成与稳定性的研究

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镁合金因其一系列优异的性能而被广泛应用,然而易氧化、强度低等缺点又限制了它的发展。稀土元素可以通过固溶强化和时效强化提高合金的性能。当合金成分适当时,稀土元素Nd、Y可以在合金中形成准晶相,这大大提高了合金的综合力学性能。目前关于Mg-Zn-Nd或Mg-Zn-Y等三元准晶相的研究较多,当两种元素同时加入合金中的结果探究较少。因此,本文以Mg-Zn-Nd-(Y)准晶相的制备入手,探究多元准晶的形成机理和稳定性。本文主要采用常规凝固铸造技术、亚快速和快速凝固技术制备Mg-Zn-Nd系合金,通过多种分析测试手段,探究不同成分的Mg-Zn-Nd系合金的微观组织形貌和主要生成相的微观形貌及组织构成,重点分析准晶相的微观形貌和形核长大机理;探究不同凝固条件和凝固速度对Mg-Zn-Nd系准晶相的微观形貌和组织演变的影响;在不同温度和不同保温时间对Mg-Zn-Nd系准晶合金进行热处理,探究热处理对合金组织演变和对准晶相稳定性的影响。研究结果表明:Mg-Zn-Nd-(Y)准晶相可以通过常规凝固铸造、亚快速和快速凝固技术制备。不同的合金成分和冷却速率都能形成差别较大的微观组织形貌。Mg-Zn-Nd准晶相是圆整度较高的光滑球体,成分为Mg40Zn55Nd5。当合金中Nd/Y原子比在1/2-1/3、Y元素的含量为1.25at%时,合金中的花瓣状准晶相的数量最多。Mg-Zn-Nd-Y准晶相的最终形貌是两种稀土元素Nd、Y共同作用的结果。常规凝固铸态Mg-Zn-Nd-(Y)合金的熔体凝固路径较为复杂,初生准晶相在稀土元素和Zn元素含量较高的地方形成,且沿着五次对称的方向生长。准晶I相和α-Mg的共晶组织在初生准晶相的周边形成并且沿着其五次花瓣方向呈放射状生长。亚快速和快速凝固的凝固路径相对简单,准晶I相直接从过冷熔体中析出。快速凝固时,Mg7Zn3相消失不见,这是因为Mg7Zn3相为低温稳定相,在快速凝固过程中,合金中的低温稳定相的形成被逐渐抑制。合金熔体中存在的二十面体短程序ISRO为准晶的形核质点,快速凝固过程中形成的较大过冷度会增大ISRO的形成几率。铸态合金中的准晶相是以小平面生长的方式长大,快速凝固合金中的准晶相主要是以非小平面的方式长大。经过300℃-24h退火处理后,Mg-Zn-Nd-(Y)合金中的准晶相都能稳定存在,并未发生明显变化。350℃-24h退火处理破坏了准晶相的稳定性,Mg-Zn-Nd准晶相发生熔解,Mg-Zn-Nd-Y准晶相全部转变成D相和Z相。Mg7Zn3相分解成MgZn相和α-Mg相。通过XRD和EDS能谱分析,杆状相为准晶类似相Z相,其成分接近Mg28Zn65RE7的理想配比成分。
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