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镁锂稀土合金的制备及性能研究

2020-11-28阅读(442)

镁锂稀土合金的制备及性能研究

论文摘要

论文以获得高性能变形镁锂合金材料作为研究目标,以稀土元素在镁锂合金中的作用为主要研究内容,对镁锂合金材料的成分、组织、变形行为、性能之间的关系进行了系统的研究。论文主要研究了Ce在Mg-Li二元合金、Mg-Li-Al系合金中的作用,Y、Sn在Mg-Li-Al系合金的作用,Mg-Li-Al-Ce系合金的时效行为,以及Mg-Li-Al-Ce系合金的腐蚀电化学行为。研究了稀土Ce在Mg-8.5Li基合金中的作用,结果表明Ce在Mg-8.5Li合金中主要以Mg12Ce的形式存在于晶界和相界处,Ce可以使Mg-8.5Li合金中α相减少、β相增多,对合金相的尺寸和晶粒大小具有细化作用。Mg-8.5Li-xCe系合金随Ce含量的增加,合金强度、硬度增加,延伸率下降。Ce对Mg-8.5Li合金的力学性能的影响主要是由于Ce对Mg-8.5Li合金的细化作用和Mg12Ce的第二相强化机制。提出了Ce在结晶界面前沿富聚将造成较大的成分过冷以及Mg12Ce的生成是Ce细化Mg-8.5Li二元合金的的主要机制。研究了Ce在Mg-Li-Al系合金中的作用,结果表明Ce在Mg-Li-Al系合金中主要以Al2Ce稀土化合物的形式存在。适量的Ce在Mg-Li-Al系合金中可以起到细晶强化和第二相强化作用。Ce在结晶界面前沿富聚造成较大的成分过冷以及Al2Ce的生成是Ce细化Mg-Li-Al系合金的主要机制。研究了挤压变形对Mg-Li-Al-Ce系合金组织及力学性能的影响,结果表明挤压变形提高了Mg-Li-Al-Ce系合金的力学性能。Mg-8.5Li-3Al系合金在523K挤压加工时发生了动态再结晶。研究了轧制变形压下量对Mg-8.5Li-1Al-1Ce合金中组织和性能的影响,结果表明轧制变形使合金中β（Li）相发生了动态再结晶,并随压下量增大晶粒尺寸有减小的趋势,合金力学性能得到提升。研究了轧制变形对Mg-8.5Li-1Al-1Ce合金织构的影响,结果表明合金α（Mg）相在轧制过程中的变形过程不仅启动了基面滑移系,还启动了棱柱面滑移系和锥面滑移系,β（Li）相在轧制变形时各个晶系变形均衡。研究了Mg-5.5Li-3.0Al-1.2Zn-1.0Ce合金的变形过程中的组织、性能变化特点,结果表明经523K挤压变形后合金发生了动态再结晶,得到均匀的等轴晶组织。挤压后再温轧变形有大量的孪晶生成。Mg-5.5Li-3.0Al-1.2Zn-1.0Ce合金挤压变形后抗拉强度、屈服强度、延伸率都得到提升,挤压后再轧制变形合金强度和硬度进一步提升,延伸率下降。研究了Mg-5.5Li-3.0Al-1.2Zn-1.0Ce的变形行为及变形方式对合金织构的影响,结果表明合金挤压样品具有丝织构特征,（10（?）0）棱柱面和（10（?）1）锥面平行于挤压方向,变形方式有棱柱面滑移、锥面滑移和基面滑移。挤压后再温轧变形形成了典型的（0002）基面板织构,变形方式主要以基面滑移和锥面孪生为主。在Mg-8.5Li-3Al合金中加入稀土元素Y后,α（Mg）相被明显细化和球化,呈粒状均匀分布。适量的Y对Mg-Li-Al合金具有固溶强化、细晶强化和第二相强化的作用。Sn对Mg-Li-Al系合金中的α相具有细化和球化作用,有助于Mg-Li-Al系合金在热挤压过程中发生动态再结晶。Sn在Mg-Li-Al系合金中主要以颗粒状Mg2Sn化合物的形式存在于α（Mg）相边界和β（Li）相中,Mg2Sn颗粒对Mg-Li-Al系合金可以起到细晶强化和第二相强化作用。研究了Mg-Li-Al-Ce系合金的时效行为,结果表明Ce含量对时效硬化程度和时效动力学具有显著的影响,随Ce含量的增加合金在各时期的硬度都增大,最高时效峰硬度也随之提高,过时效软化的程度随之降低。Ce抑制时效硬化相MgLi2Al和时效软化相AlLi相的生成是Mg-8.5Li-3Al-xCe系合金时效硬化及过时效软化程度降低的主要原因,Ce是抑制Mg-Li-Al合金发生时效软化的有益元素。研究了Ce对Mg-8.5Li-3Al合金腐蚀电化学行为的影响,结果表明适量的Ce增强了合金的抗腐蚀性能,主要由于Ce细化了合金组织,促进了合金元素在合金中的均匀分布,改善了微观组织的电化学均匀性。镁锂合金的电化学腐蚀机理不同于其它镁合金,主要是存在Li的阳极反应。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 镁及镁合金概述
  • 1.1.1 我国的镁资源
  • 1.1.2 镁的性质
  • 1.1.3 镁合金的性能特点
  • 1.1.4 变形镁合金的应用及分类
  • 1.2 镁锂合金的研究历史与现状
  • 1.2.1 镁锂合金的研究历史
  • 1.2.2 镁锂合金的研究现状
  • 1.3 主要的镁锂合金体系
  • 1.3.1 Mg-Li-Al系合金
  • 1.3.2 Mg-Li-Zn系合金
  • 1.4 稀土元素在镁及镁锂合金中的作用
  • 1.4.1 稀土元素在镁合金中的作用
  • 1.4.2 稀土元素在镁锂合金中的作用
  • 1.5 镁锂合金的变形行为
  • 1.6 镁锂合金的织构
  • 1.7 镁锂合金的腐蚀行为及表面防护
  • 1.7.1 镁锂合金的腐蚀行为
  • 1.7.2 合金元素对镁锂合金抗蚀性影响
  • 1.7.3 镁锂合金的表面防护
  • 1.8 课题背景及拟研究的主要内容
  • 1.8.1 课题背景
  • 1.8.2 拟研究的主要内容
  • 第2章 材料制备及研究方法
  • 2.1 材料的制备
  • 2.1.1 合金成分的选取
  • 2.1.2 镁锂合金的熔炼
  • 2.2 镁锂合金的热处理
  • 2.3 镁锂合金的轧制实验
  • 2.4 镁锂合金的挤压实验
  • 2.5 合金电化学测试
  • 2.6 成分测试
  • 2.7 性能测试
  • 2.7.1 力学性能测试
  • 2.7.2 显微硬度测试
  • 2.8 组织特征表征
  • 2.8.1 金相样品制备及观察
  • 2.8.2 X射线衍射分析
  • 2.8.3 拉伸断口观察及合金微区成分分析
  • 2.8.4 透射电镜样品制备与观察
  • 第3章 Ce在Mg-Li二元合金中的作用
  • 3.1 Ce对Mg-8.5Li合金组织的影响
  • 3.1.1 Ce对Mg-8.5Li合金铸态组织的影响
  • 3.1.2 Ce对Mg-8.5Li合金轧制变形态组织的影响
  • 3.1.3 Ce对Mg-8.5Li合金挤压变形态组织的影响
  • 3.2 Ce在Mg-8.5Li合金中的细化机制分析
  • 3.3 Ce对Mg-8.5Li合金力学性能的影响及断口分析
  • 3.3.1 Ce对Mg-8.5Li合金力学性能的影响
  • 3.3.2 Mg-8.5Li-xCe合金断口分析
  • 3.4 Ce在Mg-8.5Li合金中的强化机制分析
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 Ce在Mg-Li-Al系合金中的作用
  • 4.1 Ce对Mg-Li-Al系合金铸态组织和性能的影响
  • 4.1.1 Ce对Mg-8.5Li-1Al合金铸态组织和性能的影响
  • 4.1.2 Ce对Mg-8.5Li-3Al合金铸态组织和性能的影响
  • 4.1.3 Ce在Mg-Li-Al系合金中的细化机制分析
  • 4.2 Mg-Li-Al-Ce系合金的挤压变形行为
  • 4.2.1 Mg-8.5Li-1Al-1Ce合金的挤压变形行为
  • 4.2.2 Mg-8.5Li-3Al-xCe合金的挤压变形行为
  • 4.3 Mg-8.5Li-1Al-1Ce合金的轧制变形行为
  • 4.3.1 压下量对Mg-8.5Li-1Al-1Ce合金组织的影响
  • 4.3.2 压下量对Mg-8.5Li-1Al-1Ce合金力学性能的影响
  • 4.3.3 轧制变形对Mg-8.5Li-1Al-1Ce合金织构的影响
  • 4.4 Mg-5.5Li-3.0Al-1.2Zn-1.0Ce合金性能及变形行为研究
  • 4.4.1 Mg-5.5Li-3.0Al-1.2Zn-1.0Ce合金的组织
  • 4.4.2 Mg-5.5Li-3.0Al-1.2Zn-1.0Ce合金的织构
  • 4.4.3 Mg-5.5Li-3.0Al-1.2Zn-1.0Ce合金的力学性能
  • 本章小结
  • 第5章 Y、Sn在Mg-Li-Al系合金中的作用
  • 5.1 Y在Mg-8.5Li-3Al合金中的作用
  • 5.1.1 Y对Mg-8.5Li-3Al合金铸态组织的影响
  • 5.1.2 Mg-8.5Li-3Al-xY合金相组成分析
  • 5.1.3 Y对Mg-8.5Li-3Al合金力学性能的影响
  • 5.1.4 Y在Mg-8.5Li-3Al合金中组织细化和强化机理分析
  • 5.2 Sn在Mg-8.5Li-3Al合金中的作用
  • 5.2.1 Sn对Mg-8.5Li-3Al合金组织的影响
  • 5.2.2 Mg-8.5Li-3Al-xSn合金相组成分析
  • 5.2.3 Sn对Mg-8.5Li-3Al合金力学性能的影响
  • 5.2.4 Sn在Mg-8.5Li-3Al合金中组织细化和强化机理分析
  • 本章小结
  • 第6章 Mg-Li-Al-Ce系合金的时效行为
  • 6.1 实验方法
  • 6.2 Mg-8.5Li-3Al-xCe合金的时效硬化行为
  • 6.2.1 Ce对Mg-8.5Li-3Al合金时效硬化行为的影响
  • 6.2.2 温度对Mg-8.5Li-3Al-xCe合金时效硬度的影响
  • 6.3 Mg-8.5Li-3Al-xCe合金的时效析出行为
  • 6.4 Mg-8.5Li-3Al-xCe合金的时效析出组织
  • 6.5 Mg-Li-Al-Ce系合金的时效机理分析
  • 本章小结
  • 第7章 Mg-Li-Al-Ce系合金的腐蚀电化学行为
  • 7.1 实验方法
  • 7.2 电化学测试
  • 7.2.1 恒电势氧化测试
  • 7.2.2 Tafel极化曲线测试
  • 7.2.3 电化学阻抗谱法
  • 7.3 合金电化学性能测试结果
  • 7.3.1 Tafel极化曲线
  • 7.3.2 恒电势氧化
  • 7.3.3 电化学阻抗
  • 7.4 腐蚀形貌讨论
  • 7.5 Mg-Li-Al-Ce合金腐蚀机理分析
  • 7.5.1 镁锂合金腐蚀机理分析
  • 7.5.2 Ce对Mg-Li-Al合金腐蚀性能的影响机理
  • 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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