稀土鎮(zhèn)合金中耐熱相特性及其變質(zhì)機理研究.pdf

1、摘要摘要鎂合金種類眾多，應用廣泛。作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，鎂合金主要應用在航空航天、交通運輸、電子3C等領域。然而較低的抗蠕變能力使大多數(shù)鎂合金工作環(huán)境在120℃以下。合金化是有效改善鎂合金高溫性能的方法之一，Si和RE元素是應用最多的合金化元素。由添加Si和RE元素所得到的AS和AE系合金是應用較多的耐熱鎂合金。但AS系鎂合金鑄造性能差，AE系鎂合金成本高，且兩種合金都存在增強相形態(tài)尺寸不易控制的缺點。Mg2Si和Al11Ce3在凝固

2、過程中分別容易長成枝晶狀和長針狀。本文以MgAlSiCe系合金為主要研究對象，通過調(diào)整合金成分的實驗研究來調(diào)控Mg2Si、Al2Ce、Al11Ce3、Al4Ce等耐熱相的形態(tài)，利用第一性原理計算方法研究耐熱相的結(jié)構(gòu)與特性，以探明MgAlSiCe合金中耐熱相的形態(tài)特征及變質(zhì)機理，提出基于成分控制的耐熱相形態(tài)與尺寸調(diào)控機制，為開發(fā)性能優(yōu)良的低成本耐熱鎂合金提供理論指導。MgAl系合金中Al與Ce形成的化合物主要有長針狀的Al11Ce(Al4

3、Ce)、塊狀和桿狀的Al2Ce。研究表明，Ce含量在1wt.%以下時，Ce易與Al形成長針狀Al11Ce3(Al4Ce)，在MgAl系合金中加入少量Ce對共晶Mg2Si相形態(tài)影響不大，但可以改善初生Mg2Si相的形態(tài)，使其由花瓣狀逐漸向規(guī)則的多邊形顆粒轉(zhuǎn)變。當Al含量在3wt.%左右時，合金中的Mg2Si易形成更加規(guī)則的多邊形顆粒，細小的針狀Al11Ce3(Al4Ce)相可以與Mg2Si相形成界面。計算得到Al4Ce(100)與Mg2S

4、i(100)的錯配度為0.59%，遠小于6%，根據(jù)錯配度理論，Al4Ce可能成為Mg2Si異質(zhì)形核核心。經(jīng)計算Al2Ce(100)與Mg2Si(100)的錯配度為12.02%，處于臨界值，因此Al2Ce相作為Mg2Si相異質(zhì)形核核心可能性較小，但不排除形成界面的可能。受合金成分與凝固條件的影響，Al4Ce相和Al2Ce相極易長成長針狀和塊狀，較大的Al4Ce相和Al2Ce相難以成為Mg2Si的異質(zhì)形核核心，但Al4Ce、Al2Ce與Mg