快速凝固镁合金.docx

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1、快速凝固镁合金镁的晶体结构为密排六方，合金元素在镁基体中扩散速率很低，而且在通常使用的镁合金中凝固范围均较宽，因此在凝固过程中容易产生晶间偏析和形成非平衡相，故镁合金塑形很差。快速凝固过程中，镁合金的各种传输现象被减弱或抑制，晶粒组织的长大受到局限，易形成超细的晶粒度、无偏析或者少偏析的微晶组织和亚稳相。组织上的改变导致镁合金力学性能和抗腐蚀性能的改善，使其具有良好的室温力学性能、高温力学性能和抗腐蚀性能，可制备非晶、准晶、微晶和纳米晶合金。快速凝固制备镁及镁合金的方法很多，主要分为3类：1)雾化喷射技术，包括喷

2、射成型技术。2)连续急冷模冷铸造技术。3)在已有的镁合金材料的表面进行的原位快凝技术[18,19]。目前采用较多的单辊快速凝固装置可制备薄带状产品。1.1快速凝固技术发展概述快速凝固作为一种新型的金属材料制备技术，其基本原理是设法将合金熔体分散成细小的液滴，减小熔体体积与散热面积的比值，提高熔体凝固时的传热速度，抑制晶粒长大，消除成分偏析。快速凝固合金组织特点：(1)偏析倾向减小，成分均匀化；(2)形成超饱和固溶体；(3)组织超细化、尺寸均匀化；(4)晶体缺陷增加产生亚稳晶体相，甚至准晶、非晶相。回顾快速凝固技术

3、50余年的发展历史，可分为以下三个阶段：1)伴随着非晶合金的问世，在随后的二十多年快速凝固技术主要用于研究和生产非晶、微晶功能材料；2)八十年代后，应用快速凝固技术在Al-Mn合金中率先发现晶体学上极具理论研究价值的准晶相，从而掀起了准晶研究的热潮；3)近二十几年来，研究主要集中在快速凝固材料组织与性能的定量控制与预测上。如深过冷快速凝固技术的开发、非晶中纳米晶的析出、表面重熔技术以及高压下非平衡材料的制备等。非平衡条件下材料的组织形成与控制己成为材料学界研究的新热点。与传统材料制备技术相比，快速凝固技术具有一系

4、列优点，如合金熔体的凝固速度快、冷速高、合金元素过饱和固溶度高、晶粒组织细小、合金成分及组织均匀、容易产生亚稳相等。由此而制得的材料具有优异的力学性能和抗腐蚀性能，以及通过产生新的相组成而获得耐摩擦、高电阻率等其他优异性能。目前，综合开发镁及镁合金已成为国际共识，确立的几个主要研发方向包括：降低生产成本、研究和开发产品的制备工艺、防腐与表面处理、提高合金室温和高温机械性能新材料开发、进一步开发航空航天领域的应用、快速凝固与后续加工。其中快速凝固被作为重要的研究方向之一，这是由于利用快速凝固可以研究凝固过程的基本原

5、理，制备超高性能非平衡材料，并有望成为镁合金工业化推广应用的方向之一。1.2快速凝固镁合金的结构快速凝固细化了镁合金的晶粒，明显减少了成分偏析。据估计，一般的镁合金快速凝固后晶粒尺寸减少到铸态时的1/16，枝晶臂间距仅为5-8μm，经过挤压成型后的晶粒尺寸也只有3-10μm，弥散第二相的尺寸甚至低于1μm，晶粒的细化有可能抑制孪晶的形成。如果在合金中加入适量的Si，在快速凝固后可以形成直径的沉淀相，这些沉淀相不仅强化了基体，还能阻止晶粒的长大。同时快速凝固使本来很小的溶质固溶度有较大的扩展和形成了许多新的亚稳相。

6、快速凝固镁合金微观组织结构上的这些变化将使合金的性能有大幅度的提高。1.3快速凝固镁合金的力学性能与常规镁合金相比，快速凝固镁合金的室温强度、延展性、高温力学性能和耐腐蚀性能都有明显的改善。近年来，快速凝固应用于非晶镁合金方面取得可喜成绩，超高强度非晶镁合金抗拉强度已经达到了1150MPa，比强度达到了，远远高于超高强度Ti6Al-4VT6合金(抗拉强度1167MPa，比强度。非晶态合金经过挤压成形后材料的强度极高。需指出的是尽管镁基非晶合金强度极高，但由于现已开发的镁基非晶材料密度很高，加之非晶态合金是亚稳材料

7、，在一定温度下长期工作会因析晶而导致材料组织、性能的变化，同样无法应用于高温下的服役工况。除了强度的提高外，快速凝固后晶粒的细化也有效地改善了镁合金的延展性。此外，快速凝固镁合金的热稳定性也比常规镁合金有较大提高。例如，在Mg-Al-Zr合金中，快速凝固形成的Al3Zr沉淀相钉扎了晶界，阻止了晶粒长大，其在300-400℃保温达300小时后仍然能保持室温强度不变。某些新型快速凝固镁合金还同时具有很好的强度、延展性和高温稳定性。这些合金快速凝固后在晶粒细小的基体上产生了弥散的Mg3X(X=Pr,Nd,Ce,Y)或M

8、g17Y3沉淀相(尺寸为0.04-0.07μm)，这些沉淀相是有很高熔点和热稳定性的金属间化合物，所以它们在挤压固结成型和高温条件下没有发生明显粗化，并能对晶界产生有效的钉扎作用，因而这些合金具有十分突出的室温与高温综合力学性能。1.4快速凝固镁合金的耐蚀性能快速凝固镁合金晶粒的细化、微观组织结构的均匀化和镁固溶度的提高，避免了常规合金化工艺中出现的微电池现象，从而提高了