Mg-Zn-Gd合金中准晶相的形成与转变研究

发布时间：2019-06-24 16:53

【摘要】：准晶相是一种硬质相,准晶相与基体的界面结合能力很强,能够细化晶粒尺寸,提高合金的综合性能。但是Mg-Zn-Gd准晶合金的研究仍处于起步阶段。Mg-Zn-Gd准晶合金是Mg-Zn-RE体系中一种新型的准晶合金,对于解释二十面体准晶相中二十面体短程序(ISRO)结构的遗传性研究,具有重要研究意义。Mg-Zn-Gd合金中组元间具有较大的负的混合焓,容易形成亚稳态结构(如:准晶结构和非晶结构),可以通过研究亚稳相的结构转变过程,研究Mg-Zn-Gd合金中准晶相的形成与转变,分析二十面体准晶相的形成机理。准晶和非晶合金在费米能级处存在赝能隙,可以采用对结构变化比较敏感的电阻率方法间接研究准晶合金和非晶合金在升温和降温过程中的结构变化,探索合金中ISRO结构的遗传性。采用常规凝固和快速凝固技术,制备出Mg_(70-x)Zn_(30)Gd_x(x=3、4和5 at.%)准晶合金和非晶合金。采用差示扫描量热仪(DSC)测试准晶相和非晶相的热力学特征;采用直流四电极电阻率法,分析退火过程中准晶合金和非晶合金的结构转变。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)观察合金的结构信息,探讨准晶相形成与熔体中ISRO结构之间的遗传性关系。采用外加法将准晶中间合金添加到AZ91合金中,研究其对AZ91合金的显微结构和性能的影响。研究表明:采用常规凝固方法制备准晶合金,将熔体在720℃分别保温1、21、41、61和81 min后浇注获得Mg-Zn-Gd合金。当熔体保温21 min时,合金中的相为Mg3(Gd,Zn)相、α-Mg相、Mg7Zn3相和少量的Mg-Zn相。当熔体保温41 min时,合金中Mg3(Gd,Zn)相的相对含量减少,准晶相的相对含量增多。当熔体保温61和81 min时,合金中准晶相含量减少,Mg3(Gd,Zn)相和Mg7Zn3相的相对含量增加。Mg-Zn-Gd准晶相含有二十面准晶结构的典型3-f和5-f旋转对称轴,其组织呈五次花瓣状。其中,当Gd含量为4 at.%,熔体保温时间为41 min时,合金中的准晶相的相对含量较高,达到46.51%。采用高真空单辊旋淬法Mg_(70-x)Zn_(30)Gd_x(x=3、4和5 at.%)非晶合金所需的临界冷却速率分别是25.00、12.50和8.33 m/s。随着Gd含量增加,Mg-Zn-Gd非晶的临界冷却速率逐渐降低,Mg-Zn-Gd非晶的形成能力逐渐增强。1000 r/min的Mg65Zn30Gd5非晶合金的玻璃化转变温度是132℃,晶化温度是150℃。采用电阻率法测试Mg-Zn-Gd准晶合金分别退火到410℃和467℃的结构转变。在首次加热过程中,Mg-Zn-Gd准晶合金都存在负的电阻率温度系数。在第2次以后的加热过程中,Mg-Zn-Gd准晶合金均呈现正的电阻率温度系数。经过5次410℃循环退火后,Mg-Zn-Gd准晶合金中形成柱状相。经过3次467℃循环退火后,Mg-Zn-Gd准晶合金中形成大量的Mg3(Gd,Zn)相。Mg-Zn-Gd非晶合金退火过程中主要出现三个晶化阶段。Mg-Zn-Gd非晶合金的晶化过程中存在负的电阻率温度系数;Mg-Zn-Gd非晶退火至230℃时,Mg-Zn-Gd非晶合金中析出准晶相。Mg-Zn-Gd非晶退火至304℃时,非晶合金中形成大量的Mg3(Gd,Zn)相和Mg7Zn3相。Mg-Zn-Gd非晶合金和准晶合金的有序原子团簇的配位数都是12。根据合金熔体结构的遗传性,结合Mg-Zn-Gd准晶/AZ91合金的XRD、EDS和SEM研究结果可知,实验中采用外加法制备了Mg-Zn-Gd准晶/AZ91合金。当准晶中间合金的添加量为0-6 wt.%时,合金的晶粒尺寸随着添加量的增加逐渐降低。当准晶中间合金的添加量在8-16 wt.%时,随着准晶中间合金的提高,合金的晶粒尺寸逐渐提高,β相成连续网状分布,合金中形成大块准晶相颗粒。当准晶中间合金的添加量是6 wt.%时,合金的抗拉强度较高,为187 MPa,延伸率较高,为6.5%。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG146.22

【参考文献】