鎂鋁合金的稀土細(xì)化機(jī)理及組織與性能.pdf

1、鎂合金中鎂鋁系合金的應(yīng)用最為廣泛，既包括鑄造合金又包括變形合金，具有優(yōu)異的鑄造性能和抗蝕性能，但是由于鑄態(tài)組織中的?-Mg17Al12相固溶處理后的析出強(qiáng)化效果較弱，該系列合金的綜合力學(xué)性能還有待進(jìn)一步改善。在凝固過程中對?-Mg晶粒進(jìn)行細(xì)化處理可使?相的分布更均勻，是有效提高合金綜合性能的方法之一，其中，添加含稀土元素的中間合金具有成本低廉、工藝簡單、易控制、晶粒細(xì)化效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。本文以添加稀土釔(Y)的Mg-Al合金為研究對象，分

2、別從實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算兩個方面去揭示A12Y化合物在合金凝固時的異質(zhì)形核作用機(jī)制和晶粒細(xì)化機(jī)理。
　　利用光學(xué)顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）、EDS能譜和X射線衍射（XRD）等手段分析研究了不同 Y含量對 AZ91鎂合金組織及晶粒度的影響，討論了室溫狀態(tài)下不同Y含量對鎂合金硬度的影響。結(jié)果表明：添加含稀土Y中間合金后形成的A12Y粒子可成為?-Mg的有效形核核心；當(dāng)合金中的Y含量小于0.5wt.％時，添加稀土Y中間合金能使?-Mg

3、晶粒明顯細(xì)化，最小平均晶粒度達(dá)到116μm，此時形成大量細(xì)小的顆粒狀和長桿狀 A12Y中間相，有助于晶粒細(xì)化；但當(dāng) Y含量增加到0.7wt.%時，?-Mg晶粒反而有變粗大的趨勢。稀土元素的加入還可以明顯的提升合金室溫下的鎂合金的硬度，當(dāng)合金中的Y含量小于0.5wt.%時，合金的硬度隨著Y含量的增加而增加，最大的硬度為62.4HV，較未加入稀土的AZ91D鎂合金提高了19%，但當(dāng)Y含量增加到0.7wt.%時，合金的硬度有減弱的傾向。

4、>　　采用第一性原理計(jì)算方法研究了Mg/A12Y界面的電子結(jié)構(gòu)及能量，計(jì)算結(jié)果表明：A12Y（044）表面弛豫主要發(fā)生在表面結(jié)構(gòu)的前三層，對A1終止及A1-Y終止型表面，層厚度大于9層時層間距變化逐漸穩(wěn)定即達(dá)到收斂。Al終止型Al2Y（044）表面原子層間距變化量都比Al、Y終止型Al2Y（044）表面原子層間距變化量要小，因此，Al終止型表面比Al、Y終止型表面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要更好。計(jì)算分析Al2Y的電子結(jié)構(gòu)及成鍵情況得到Al2Y體相內(nèi)

5、存在金屬、離子及共價混合鍵。?-Mg在Al2Y粒子上形核時的Mg/A12Y界面能小于?-Mg直接形核液固界面能，這就滿足了A12Y顆粒可以作為?-Mg有效形核核心的能量條件。
　　利用第一性原理方法還計(jì)算分析了 Mg-Al-Y金屬間化合物中具有相同立方結(jié)構(gòu)的AlY、MgY、Al2Y及Mg17Al12相的結(jié)合能、形成能、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、及彈性常量，得到以下結(jié)論：通過結(jié)合能的對比確定四種化合物相的穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱的順序依次為：AlY>

6、Al2Y>MgY> Mg17Al12，通過形成能比較得出合金化能力由強(qiáng)到弱的順序依次為：Al2Y>AlY>Mg17Al12>MgY，并且在鎂合金凝固過程中Al原子比Mg原子會優(yōu)先與稀土元素Y發(fā)生反應(yīng)生成Al-Y化合物；四種相都具有部分金屬特性，根據(jù)C12-C44的值都為負(fù)數(shù)，可判斷四種相均為脆性相，這與剪切模量和體積模量的比值（B/G）得出的結(jié)論一致；楊氏模量是用來反應(yīng)固體材料硬度的一種方法，其值越大則說明固體材料的硬度越好，可以知道四