Mg-Y-Nd合金孪晶界偏析及Mg-Y-Zn合金长周期相室温变形行为研究

发布时间：2020-07-15 05:50

【摘要】：本文综合利用光学显微镜(OM)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM),聚焦离子束(FIB)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)多种材料表征技术,详细研究了轧制时效状态Mg-Y-Nd合金{10(?)1}孪晶的界面结构,为研究该孪晶的界面结构及溶质原子偏聚行为等科学问题提供了实验上的支持;与此同时,还表征了Mg-Zn-Y合金中长周期相的室温变形微观结构,探讨了含长周期相的镁合金具有优异塑性变形能力的原因。具体研究内容如下:利用HRTEM对室温轧制+423 K下5 h时效处理的Mg_(98.3)Y_(1.16)Nd_(0.54)(at.%)合金的{10(?)1}孪晶界面观察发现,孪晶内部的高密度层错可能与孪晶界面的S_(4/4)型(S代表台阶,第一个4表示台阶在基体一侧存在4层{10(?)1}平面,第二个4表示对应在孪晶一侧存在4层{10(?)1}平面)孪晶台阶密切相关。后续利用HAADF-STEM对{10(?)1}孪晶界面稀土元素偏聚行为的研究显示,Nd元素在该孪晶界面发生明显偏聚析出,而Y元素在该孪晶界面处的偏聚并不明显。这表明在该α-Mg基体中,Nd元素相比Y元素拥有更高的扩散速率和向{10(?)1}孪晶界偏聚析出的驱动力。此外,本实验还发现稀土溶质原子优先选择在存在失配位错的孪晶台阶处偏聚,其原因在于相较于{10(?)1}共格孪晶界面,孪晶界面上存在失配位错的孪晶台阶具有较大的晶格畸变。利用TEM手段对Mg-Zn-Y 18R长周期相室温压入变形行为进行的表征结果表明,18R长周期相的压入变形结构随应变梯度变化而变化。距离压痕接触表面较远的位置,变形以基面位错滑移为主,偶尔以扭折形式协调变形;伴随着距压痕表面距离的减小,应变增加,扭折与第二锥面c+a位错大量开动以协调变形。该c+a位错滑移的开动使得18R长周期相的变形能够满足均匀塑性变形所需的五个独立滑移系条件。将观察到的变形结构与压入力学响应曲线对比分析,表明压入力学响应曲线上的pop-in很可能来自于第二锥面c+a位错的开动和扭折的产生。该TEM样品自然时效4个月后,利用HAADF-STEM手段对其进行表征,发现第二锥面c+a位错在18R长周期相中的滑移面上的某些位置富集有Zn/Y元素,主要原因在于残余在滑移面内的位错导致后续自然时效过程中Zn/Y元素的偏聚,形成柯垂尔气团。此外,c+a位错滑移一方面会扰动18R长周期原子有序结构,使原子扩散能垒降低;另一方面会导致该位错滑移面两侧18R长周期相中的重原子层和Mg原子层发生错排,产生局部错配应力。在后续4个月自然时效过程中,在滑移界面处由于局部失配应力作用下原子相互扩散,最终形成4nm左右的元素过渡区。利用TEM手段对室温轧制的Mg-Zn-Y 18R型长周期单相合金变形结构的研究表明,18R型长周期单相合金室温宏观变形(相对于纳米压痕微观变形而言)结构除基面a位错+扭折带外,还有非基面位错。弱束暗场像的表征结果确定该非基面位错柏氏矢量b=λ[11?00]。非基面位错与基面位错可以在同一晶粒内部开动。针对室温轧制变形的退火态Mg_(96.77)Y_(2.14)Zn_(1.08)(at.%)合金中14H型长周期变形结构的TEM研究表明,当该相沿垂直基面方向受压应力时,基面a位错滑移和扭折的开动受阻,此时第二锥面c+a位错滑移开动以协调变形。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22
【图文】：

镁合金,绿色环保材料,储氢性能

第 1章绪论题背景及意义着社会的不断发展，对材料的要求不断提高，与此同时，环境污益突出，传统材料如钢铁材料和铝合金材料等存在能耗高、资源境污染严重等缺点，已不能完全满足现代社会对于材料性能的需材料的开发势在必行，在轻合金领域，镁合金拥有得天独厚的优中储量在所有元素中第六多且易开采；在所有结构材料中，镁合比强度高，比刚度高、电磁屏蔽效果好、抗辐射能力强、易回收储氢性能。在 20 世纪末以来，镁及镁合金相关产业蓬勃发展，在核能、汽车、电子、电器等领域的到广泛，展示出了广阔的应用“21 世纪的绿色环保材料”[2]，特别是工程、机械等领域对于材料，使得对镁合金的研究势在必行。

流变应力,位错密度,黑色,实线

第 1 章绪论促进基面滑移[21]、激发锥面滑移[19; 22]，提高合金的塑性变形能力，又原始晶粒内部产生了新的晶界，阻碍位错的滑移[23]。另一方面，塑性中原生位错与第二相及各种缺陷相互作用，造成位错的交割、缠结、殖，使得基体位错密度增加。研究表明，材料的流变应力与位错密度满足图 1-2 所示的关系。即当位错密度由平衡状态增殖时，流变应力。另外，镁合金在变形过程中存在明显的织构效应,如在拉拔或挤压变成丝织构（ 112 0 平行于挤压或拉拔方向），轧制或压缩变形后则会的板织构（(0002)面垂直于压缩方向）。织构的产生会加剧镁合金变异性，沿织构方向上强度较高，垂直织构方向上强度较低[24]。研究表元素(rare element, RE)的加入能够有效弱化织构[25]，对减轻变形镁合金向异性有良好的效果。

Mg-Y-Nd合金孪晶界偏析及Mg-Y-Zn合金长周期相室温变形行为研究

孪生4要素

【参考文献】