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重慶大學(xué)《Mater Des》：一種鏑改性的高強(qiáng)高塑鎂合金！

2022-08-29 14:33:58 作者：材料科學(xué)與工程來(lái)源：材料科學(xué)與工程分享至：

日前，來(lái)自重慶大學(xué)等單位的研究人員成功制備了Mg-8Zn-1Mn-3Sn-1.2Gd-0.2Dy合金，具有良好的抗拉強(qiáng)度和塑性組合。相關(guān)論文以題為“A high-strength Mg-8Zn-1Mn-3Sn-1.2Gd alloy with fine MgSnGd particles by Dy modification”發(fā)表在Materials & Design上。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127522004488

鎂(Mg)合金密度最低，強(qiáng)重比高，具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，具有優(yōu)良的電磁屏蔽效果。因此，鎂合金是汽車(chē)、航空航天、電子等領(lǐng)域最有前途的結(jié)構(gòu)材料之一。鎂合金具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其絕對(duì)強(qiáng)度較低，缺乏有效析出相，室溫成形性較差，限制了鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。

高強(qiáng)度、高韌性鎂合金是今后研究的熱點(diǎn)。為了提高鎂合金的力學(xué)性能，包括合金化、變形和熱處理，人們已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)十年的系統(tǒng)研究。稀土合金化是提高鎂合金強(qiáng)度最常用的方法，其強(qiáng)化機(jī)制為析出硬化強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化。然而，典型的高強(qiáng)度鎂合金具有較高的稀土(RE)添加量(RE> wt%)。例如，Li等開(kāi)發(fā)了一種屈服強(qiáng)度(YS)為470 MPa，伸長(zhǎng)率為4.5%的高強(qiáng)度Mg-13Gd合金。Yu等人提到Mg-11.7Gd-4.9Y-0.3Zr合金，在所有Mg-RE合金中屈服強(qiáng)度最高(500 MPa)，但伸長(zhǎng)率僅為2.5%。這些合金強(qiáng)度高，塑性低，稀土含量高，成本高。低合金化條件下的高性能鎂合金是目前研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。Mg-Zn-Mn-Sn合金以其較高的抗拉強(qiáng)度和較低的生產(chǎn)成本在該領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。Chen等人通過(guò)添加Sn對(duì)Mg-Zn-Mn-Ca合金的力學(xué)行為進(jìn)行了研究，得到了抗拉強(qiáng)度為332 MPa，伸長(zhǎng)率為10.0%的高強(qiáng)度高塑性合金。Zhao等人報(bào)道了Mg-Zn-Mn-Sn-Gd合金在強(qiáng)度和塑性之間的良好平衡。盡管如此，由于稀土元素的加入，在凝固過(guò)程中形成了高熔點(diǎn)的金屬間化合物MgSnRE相，其尺寸普遍較粗且難以控制，嚴(yán)重影響了合金的性能。

眾所周知，凝固過(guò)程中形成的第二相，不僅對(duì)鑄態(tài)合金的組織和力學(xué)性能有顯著影響，而且對(duì)其進(jìn)一步的加工性能(擠壓)和最終性能(熱處理)也有顯著影響。因此，改變鎂合金中第二相的形態(tài)、分布和尺寸是至關(guān)重要的。目前關(guān)于第二相粒子調(diào)控的研究較多，包括TiC、AlN、Mg2Si、TiB2等。如Xiao等報(bào)道了Sb改性Mg2Si/AZ91復(fù)合材料中Mg2Si的改性機(jī)理。Li等人研究了加入Eu后Al-Si合金中共晶Si的改性。超聲處理、快速凝固、機(jī)械加工、熱處理等多項(xiàng)研究和技術(shù)取得了顯著進(jìn)展。上述方法，均能有效調(diào)控第二相顆粒，但復(fù)雜、成本高、產(chǎn)業(yè)化難度極大。Xue等人指出了La摻雜AZ80-Ce鎂合金中Al-RE管狀相的形成機(jī)理。通過(guò)摻雜相鄰的稀土元素La，發(fā)現(xiàn)了一種調(diào)節(jié)Al-Ce相形貌的新方法，La原子可以取代Al-Ce相中的Ce原子，增加其生長(zhǎng)表面，改變其生長(zhǎng)速率。本研究為第二相的調(diào)控提供了新的思路，為鎂合金的強(qiáng)化增韌提供了理論依據(jù)和參考。

在這里，研究者通過(guò)摻雜相鄰RE元素調(diào)節(jié)RE第二相的新思路，通過(guò)添加不同含量的Dy元素對(duì)MgSnGd相進(jìn)行了修飾。結(jié)果表明，Dy能有效改善MgSnGd晶粒的形貌和分布，減小α-Mg基體的尺寸，從而開(kāi)發(fā)出綜合力學(xué)性能優(yōu)良的新型Mg-8Zn-1Mn-3Sn-Gd-Dy (ZMT813-Gd-Dy)合金。據(jù)目前所知，還沒(méi)有關(guān)于Dy改性MgSnGd顆粒的報(bào)道。研究者通過(guò)掃描電鏡(SEM)、電子背散射衍射(EBSD)、場(chǎng)發(fā)射電子探針(EPMA)、透射電鏡(TEM)和力學(xué)試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了MgSnGd第二相調(diào)控機(jī)制及其對(duì)擠壓態(tài)合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶(DRX)行為的影響。此外，研究者還詳細(xì)討論了MgSnGd相的Dy改性機(jī)理及其對(duì)鑄態(tài)和擠壓態(tài)ZMT813-1.2Gd合金組織和力學(xué)性能的影響。（文：水生）