Al-Nd金属间相稳定性及其对镁-铝-钕合金性能的影响

摘要

Mg-Al-RE(AE)合金是耐热镁合金领域的研究热点。但由于微观组织不稳定等因素，该系列合金的蠕变抗性差强人意，并且不同的研究者对导致此结果的原因持相互矛盾的观点。因此，微观组织的稳定性对于Mg-Al-RE合金来说仍然是一个关键且具有争议的科学问题。在此背景下，研究含单一稀土元素的Al-RE金属间化合物的热稳定性变得尤为重要。本文中，以高压压铸的方式制备了两种含单一稀土元素 Nd的合金，分别是Mg-4Al-4Nd-0.2Mn(AlNd44, wt.％)合金和Mg-6Al-3Nd-0.2Mn(AlNd63, wt.%)合金。主要研究了该两种合金的微观组织，微观组织的热稳定性以及微观组织的演变对合金拉伸性能、抗蠕变性能和腐蚀行为的影响。其中，合金微观组织的检测、表征运用了光学显微镜、X射线衍射仪以及扫描和透射电子显微镜等。
　　本文的第一部分主要研究了高压压铸AlNd44合金中Al-Nd金属间相的热稳定性及其对力学性能和耐腐蚀性能的影响。对于细晶压铸镁合金来说，其晶界附近的稳定性往往在合金抗蠕变性能方面起至关重要的作用。因此本章节详细展示了压铸AlNd44合金退火过程中微观组织的演变，特别是退火过程中发生的相转变，由此带来的性能方面的差异也一一呈现。实验结果表明，压铸AlNd44合金含有两种金属间相，即针状的Al11Nd3和块状的Al2Nd，它们都分布在晶界附近并形成网状结构。根据XRD定量相分析结果， Al11Nd3和Al2Nd的质量分数分别为2.5wt.%和1.8wt.%。两种相在473K条件下均可长期稳定存在，而当温度升高到573K后，针状的 Al11Nd3相明显有分解的倾向，温度升高到673K后便会彻底分解为块状的Al2Nd相。此外，温度高于573K时，Al2Nd相也将部分分解固溶到基体中。因晶界附近具有金属间相组成的网状结构，铸态合金展现出相对较高的拉伸强度和耐腐蚀性。相比之下，在673K条件下退火过后的合金拥有最差的拉伸强度和耐腐蚀性，这归因于退火过程中发生的相转变以及其它微观组织的变化。
　　在对压铸AlNd44合金70MPa/473K条件下的拉伸蠕变行为以及蠕变过程中发生的微观组织演变进行研究后发现，合金在蠕变测试过程中，Al-Nd金属间化合物发生粗化，且Mg17Al12相在晶界附近呈不连续析出。据此推测，晶界附近组织的瓦解可能是造成高温下合金蠕变抗性恶化的原因之一。
　　压铸AlNd63合金的研究包括了铸态和长时间退火态的微观组织和力学性能。铸态AlNd63合金的微观组织由α-Mg、Al2Nd金属间相以及少量的Mg+Mg17Al12离异共晶组织组成。在473K条件下退火过程中，Mg17Al12相在晶界附近富Al的区域析出。研究结果表明，Mg17Al12相的二次析出对合金的拉伸性能有很大影响，即相比铸态和673K退火态合金，473K退火态合金展现出了更好的力学性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 耐热镁合金概述

1.2 合金元素对耐热镁合金组织和性能的影响

1.3 耐热镁合金的强化机理

1.4 课题的研究背景、主要内容及意义

第2章 合金制备及实验方法

2.1 实验流程

2.2 合金制备

2.3 微观组织观察

2.4 力学性能测试

2.5 腐蚀性能测试

2.6 本章小结

第3章 压铸Mg-4Al-4Nd-0.2Mn合金微观组织稳定性及其对性能的影响研究

3.1 铸态AlNd44合金分析

3.2 压铸AlNd44合金微观组织稳定性分析

3.3 压铸AlNd44合金微观组织稳定性对合金性能的影响分析

3.4 本章小结

第4章 压铸AlNd44合金蠕变前后微观组织比较分析

4.1 压铸AlNd44合金抗蠕变性能

4.2 压铸AlNd44合金退火、蠕变前后微观组织比较

4.3 压铸AlNd44合金蠕变后的相分析

4.4 本章小结

第5章 压铸Mg-6Al-3Nd-0.2Mn合金微观组织稳定性及其对性能的影响研究

5.1 铸态AlNd63合金微观组织

5.2 压铸AlNd63合金微观组织稳定性分析

5.3 压铸AlNd63合金铸态与退火态力学性能

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢