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1、镁合金凝固技术专题综述作为工程应用中最轻的金属结构材料，镁合金具有比刚度及比强度高、电磁屏蔽性能强、尺寸稳定、资源丰富等一系列优点，在汽车、电子、航空、航天等领域具有越来越广阔的应用前景。但镁合金自身的i些缺点，如变形能力差、抗腐蚀性能和耐高温性能不高以及传统制备技术不足等成为其发展应用的瓶颈。采用快速凝固技术可以克服镁合金的一些缺点，实现镁合金综合性能的改善。近年来世界各国投入大量人力物力开展快速凝固镁合金的研究，并取得了大量成果。1镁合金快速凝固特征相对丁传统铸锭冶金10-3〜102K・S-I的冷却速度，快速凝固技术的冷却速度一般为103〜109K呵1。在快的冷却速度下，镁合金凝固过程中
2、的各种传输现象被抑制，从而使合金元素在固态基体中能继续保持高的溶解度，晶粒组织的长大受到抑制，合金成分及组织变得均匀，同时在凝固过程中也易产生一些新相。快速凝固镁合金组织结构上的改变也导致了镁合金力学性能和抗腐蚀性能的改善。1・1扩展a(Mg)基固溶体的固溶度■■13快速凝固技术能明显扩展合金元索在基体镁中的固溶度，冷速越高，同溶度越大。原子半径与镁原子半径差在±15%范围内的合金元索在d(Mg)基体中的固溶度都可通过快速凝固提高。经熔体快淬后，银在镁中的最大固溶度提高1・5倍，锁则提高约1000倍。快速凝同镁合金屮的同溶度扩展比机械合金化高，例如在快速凝固Mg.Al系合金中,A1在Mg中的
3、最大固溶度为9lat.%,而在机械合金化处理的合金屮仅为4・5at・％q。合金元素在a(Mg)基体中同溶度的增加,能使密排六方晶体结构的肛Mg)的轴比c/d值明显减小，可以在常温下激活非基面滑移，从而提供更多的滑移系以提高镁合金的塑性变形能力。1.2细化组织形成多相弥散体系快速凝固技术能有效细化镁合金的晶粒组织，减小枝晶网胞尺寸，在晶界或网胞上生成细小弥散的沉淀相，从而减小或消除合金成分偏析，抑制李晶的形成。快速凝同镁合金的品粒尺寸可减小到原始铸态尺寸的1/16,枝晶臂间距仅为5—8斗in。采用双车昆快淬工艺可使Mg-Li合金晶粒细化(若原來大小为30,则细化后为1)。Pechincy和No
4、rskHydro公司对熔体旋铸法制备的AZ91合金显微组织研究表明,合金具有尺寸为03-0.Sum的等轴d(M0晶粒,并含有尺寸为0・01--4)1岬的弥散相，其中小一些的弥散相粒子如M92si和Al.REy等分布在晶内，而较大的如Mg,Al.,等相则集中丁晶界。在急冷快速凝固条件下，AZ9JD镁合金惯常发生的L—oo(Mg)+MgcTAIp_共.晶反应在很大程度上被抑制，形成了以过饱和的a(Mg)为主相的快速凝固组织，合金组织由尺寸为0,8-6"um的a(Mg)晶粒、弥散分布于晶内和晶界上的尺度在5run至70nm之间的Mg,TAI12和AhMn,颗粒以及弥散分布于晶内的非常细小的不规则形
5、态13.AJMg相组成M。在快速凝固AZ91+2%Sr合金中,出现TM91砖112、MgaSr、Al,Sr弥散相；快速凝固AZ91+2%Ca合金中,晶粒尺寸只有0.6um,弥散相由Mg。7A1.:和一种含c圾A1的金属间化合物亚稳相组成冃。].3形成新型合金相改变相结构釆用快速凝固技术制备镁合金。可形成新的晶态相、准晶相和非晶。快速凝固形成的新型晶态相很多，典型的有Mg-Sn和Mg-Pb合金中形成新的岔c结构相。在快速凝固Mg・Si合金中会形成“反.PbCl：W的MgaSi相,在快速凝固Mg.Zn—Y台金中也发现了准晶相。1977年，Calka等用快淬法首次制得Mg-Zn非晶，经多年研究发现
6、多种元索与镁基体结合可形成非晶，包括二元的Mg.Zn、Mg.Cu、Mg-Ln等以及三元的Mg-Ln（翎系元素）一TM（过渡金属）冃、Mg,Cu.Y、Mg-Y-Ni等，戸前的研究重点在三元和三元基础上发展起来的多元镁基非晶材料。主耍的快速凝1讯镁基沖品合金系见表1mo研究发现，快速凝lAlMg-Ca-Zn合金屮存在与M96Ca2zn,结构接近的三元相，莫而间距随台金成分和热处理温度变化，该三元相的品格参数与成分有关，Ca含量增加将导致品格扩张，而Zn含量增加导致晶格收缩。1.4提高力学性能和抗腐蚀性能快速凝固镁合金组织结构上的改变，导致了力学性能和抗腐蚀性能的极人改善。与常规铸锭冶金镁合金及现
7、有的铝合金相比，快速凝固镁合金的室温比抗拉强度提高40%〜60%。比拉伸屈服强度提高52%〜98%,比压缩屈服强度提高45%—230%；压缩屈服强度/拉伸屈服强度Z比由0.7增加到1.1；伸长率达5%〜15%,经热处理后可达22%。表2唧为模冷法制备的tag-Al・Zn.RE（RE二Y,PC合金与两种常规镁合金的力学性能比较。表1主要快速凝固镁基非晶台金系Table1Mainrapidlysolidified
