【摘 要】
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面对传统能源枯竭危机及响应建设“绿色友好型社会”的号召,镁合金因密度低、蕴藏量丰富、比强度高及减震性能好等诸多优点成功跻身汽车、航空航天及电子3C等轻量化领域,但绝对强度不足及塑性不优,限制了其推广应用。近年来,稀土镁合金研发势头迅猛,在诸多Mg-RE系合金中,Mg-Gd-Zn合金因优良力学性能备受关注。晶粒细化是一种保证塑性不降低但可改善强度的有效方法。本文采用球磨法制备Mg-12.6Gd-1.
【基金项目】
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国家自然科学基金（51504162,51601123,51174143）； 山西省留学归国人员科研资助项目计划（2016-029）； 山西省平台基地和人才专项（201605D211015）； 山西省高等学校科技创新计划（2014118）； 山西省留学归国人才择优资
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面对传统能源枯竭危机及响应建设“绿色友好型社会”的号召,镁合金因密度低、蕴藏量丰富、比强度高及减震性能好等诸多优点成功跻身汽车、航空航天及电子3C等轻量化领域,但绝对强度不足及塑性不优,限制了其推广应用。近年来,稀土镁合金研发势头迅猛,在诸多Mg-RE系合金中,Mg-Gd-Zn合金因优良力学性能备受关注。晶粒细化是一种保证塑性不降低但可改善强度的有效方法。本文采用球磨法制备Mg-12.6Gd-1.62Zn-0.65Zr（wt.%）（又称GZ132K）镁合金粉末,随后对其进行氢化-歧化-脱氢-重组（Hydrogenation-Disproportionation-Desorption-Recombination,HDDR）处理以达到进一步细化晶粒的目的,制备了尺寸均匀的纳米晶GZ132K镁合金粉末。采用球磨法将Mg、Gd、Zn和Zr单质粉末合成了GZ132K镁合金粉末。围绕球磨影响因素设计方案,采用XRD、SEM、EDS及TEM研究了粉末被混合、破碎及合金化过程;随后以单因素变量为切入点,系统地研究了每个因素对球磨效果的影响。结果表明:在一定范围内,转速加快、时间延长及球料比提高,都可达到良好的球磨效果;适量添加硬脂酸可有效改善粉末冷焊和粘罐情况。综合多重分析,确定GZ132K镁合金粉末合金化工艺参数为:添加3 wt.%PCA及在球料比为20:1,300 rpm的球磨转速下,球磨50 h。原始粗大粉末颗粒转变为趋规则状颗粒,其平均晶粒尺寸为40 nm,物相组成为α-Mg、Mg5Gd、Mg-Zn-Gd。对球磨GZ132K镁合金粉末采用HDDR工艺处理,进一步细化晶粒。利用正交设计,优化实验条件,使GZ132K粉末完全氢化。随后系统地针对各因素对氢化程度的影响进行研究,确定氢化的工艺参数为:400℃,4 MPa氢压下氢化12 h。讨论不同温度及时间对脱氢程度的影响,确定脱氢的工艺参数为:450℃持续真空脱氢6 h。根据形貌演变可以看出,氢化过程中由于氢爆及微观内应力存在,颗粒表面呈毛絮团状并伴随裂纹产生,颗粒体积略微膨胀。脱氢后毛絮团状形貌及表观裂纹消失,颗粒尺寸无明显变化,平均晶粒尺寸细化至约9 nm。
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