MgCu型Laves相Mg（CuAl）的制备与表征

摘要

AB2型Laves相因其特殊的物理及化学性能使其成为潜在的功能材料和结构材料，引起了国内外研究学者的极大兴趣。常见的三种晶体结构为：六方C14(MgZn2结构)、立方C15(MgCu2结构)、复六方C36(MgNi2结构)。这三种结构的稳定性受A原子与B原子的原子尺寸比以及Laves相的价电子浓度所控制；另外，成分、温度、第三组成元素也影响晶体结构。用轻质的、抗氧化性能高的Al、Si元素替代AB2中的B组元，可以改变其本身的价电子浓度，以致引起晶体结构的变化。也就是说，这三种晶体结构中的任一种都可以通过适当控制Al、Si的含量使之稳定化，已成为进一步改善AB2型Laves相性能的一条有效途径。 本文深入研究AB2型Laves相Mg(Cu1-xAlx)2(0≤X≤0.35)的制备工艺及成分优化，重点探讨Al替代MgCu2中Cu对其结构稳定性及性能的影响，主要得到如下结论： (1)3Cu-2Mg-Al粉末球磨过程中，随球磨时间的延长，粉末的颗粒尺寸减小，显微应变和有效温度系数增加；晶粒尺寸与有效温度系数和显微应变呈逆变关系，显微应变随有效温度系数增加而增大；球磨30h后，Mg衍射峰完全消失，球磨至60h，Al衍射峰也完全消失，Cu衍射峰进一步宽化，此时，Cu衍射峰位置向小角度偏移，形成了Mg和Al在Cu中的过饱和固溶体；球磨90h后，有新相Mg32Al47Cu7生成。 (2)采用机械活化+热爆法制备了低放热体系AB2型Laves相Mg(Cu1-xAlx)2(0≤x≤0.35)合金，并对热爆产物进行XRD、EPMA、SEM和DSC分析。结果表明：MgCu2中的部分Cu被Al替代，晶体结构并不发生改变，主相是MgCu2型λ1相。随Al替代量的增加λ1相的晶格常数逐渐增大，整个XRD衍射峰向低角偏移增大，致密度逐渐提高，晶粒尺寸减小，晶格畸变增大。随Al替代量的增加λ1相的熔点先升后降，当化学计量比为Mg2Cu3Al(x=0.25)时，其熔点达最高，约为910℃，比MgCu2的熔点(约797℃)高113℃，说明用轻质、抗氧化性能高的Al元素进行合金化，能够使C15结构的AB2型Laves相的热稳定性提高，其中Mg2Cu3Al是更具开发潜力的化合物。 (3)采用机械活化+热压法合成Laves相Mg(Cu1-xAlx)2(X=0,0.25)，研究组织和性能。结果表明：C15结构的Laves相Mg2Cu3Al与MgCu2相比，具有高的致密性、硬度和杨氏模量，其断口显示两者均为脆性断裂。最后采用基于密度函数理论(DFT)的缀加平面波加局域轨道方法和广义梯度近似对立方C15结构的MgCu2 Laves相金属间化合物的生成焓，弹性性质，进行理论计算。计算结果与实验结构相似。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景与意义

1.2 Laves相的基本性质及研究现状

1.2.1 AB2型Laves相的晶体结构

1.2.2 Laves相的稳定性

1.2.3 Laves相的应用及研究现状

1.2.4选择相的判据

1.2.5 Laves相的韧化方法

1.2.6制备方法

1.3 MgCu2

1.3.1 MgCu2的性能与相图

1.3.2 MgCu2的研究现状

1.4本课题的研究目的及研究内容

1.4.1研究目的

1.4.2研究内容

1.5本课题研究具有新意的工作

第2章3Cu-2Mg-Al混合粉末球磨过程的机械力化学效应

2.1引言

2.2机械力化学效应及应用

2.3实验方法

2.3.1实验原料

2.3.2实验设备

2.3.3实验参数的选择

2.3.4实验步骤

2.4实验结果与讨论

2.4.1球磨过程中的物相分析

2.4.2球磨过程中的颗粒尺寸变化

2.4.3球磨过程中的机械力化学效应因子

2.4.4机械力化学效应因子之间的变化关系

2.5结论

第3章AB2型Laves相Mg(Cu1-xAlx)2的制备及表征

3.1引言

3.2实验方法

3.2.1实验原理

3.2.2试样制备

3.2.3物性表征

3.3实验结果与讨论

3.3.1物相分析

3.3.2 Al含量对致密度、晶粒度和晶格畸变的影响

3.4结论

第4章致密性Mg(Cu1-xAlx)2合金的制备及第一性原理计算

4.1引言

4.2致密性Mg(Cu1-xAlx)2(X=0,0.25)合金的制备

4.2.1实验过程

4.2.2实验结果与讨论

4.3第一性原理计算

4.3.1计算方法

4.3.2计算结果与讨论

4.4结论

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间待发表的学术论文