合金元素提高镁合金纯度热力学和动力学研究

发布时间：2017-06-16 16:15

  本文关键词：合金元素提高镁合金纯度热力学和动力学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：21世纪的能源与绿色制造问题日益突出,镁合金作为一种绿色工程金属材料,在航空航天、国防军工、电子、汽车、交通等领域都将具有更为广阔的应用前景和重要的应用价值。但是目前使用的镁合金性能却满足不了其在工业领域高端制造中的应用,镁合金的纯净化是改善镁合金性能的重要方法之一,因此提高镁合金的纯净度是镁合金研究中的重要领域。迄今为止,高纯镁合金的制备主要用高纯原镁,成本极高,严重制约了其推广应用。在合金制备过程中利用合金元素对熔体进行纯化,是实现镁合金自纯化,避免二次污染值得推广的方法,但相关科学问题的系统研究较缺乏。因此,开展合金元素对镁合金的自纯化影响机制的研究,不仅为优选合金元素纯化工艺提供设计依据,也为研究开发低成本、高纯度、综合性能良好的镁合金新材料成分工艺设计提供重要的理论依据。本课题以降低主要杂质元素(Fe、Si)含量为目的,运用Pandat热力学计算软件进行了热力学计算与分析,建立了相关的含微量Fe、Si的多元镁合金相图,初步探讨了合金元素对杂质元素Fe、Si在镁熔体中的溶解度影响,明确杂质元素在熔体中的存在形式和对应含量与熔体温度、反应时间以及合金元素种类之间的关系;运用Stocks定律开展了动力学计算分析,研究杂质对应的化合物或者单质上浮或者下沉的动力学过程和影响因素。在上述理论计算分析的基础上,选取有自纯化作用的Mn元素开展验证实验研究,研究结果与计算结果基本上吻合。验证实验采用Mg-Mn中间合金和商业纯镁作为实验原料,重点研究了Mn含量、静置温度和静置时间对镁熔体纯净度以及铸态组织的影响。实验研究表明:随Mn含量增加,在一定的静置时间下,静置温度降低,合金底部杂质含量增多;底部杂质多为Mn和Fe、Si结合生成的较大密度的颗粒;当Mn含量为2.5wt.%,在655℃下静置30min时,合金的纯化效果较佳。
【关键词】：镁 锰 杂质 静置时间 静置温度
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-32
• 1.1 镁合金中的杂质及危害9-16
• 1.1.1 镁合金中的杂质9-11
• 1.1.2 杂质的来源11
• 1.1.3 杂质对合金性能的危害11-16
• 1.2 提高镁合金纯净度的方法16-29
• 1.2.1 选用高纯度的原料16
• 1.2.2 优化熔炼工艺16
• 1.2.3 镁合金熔体纯净化法16-29
• 1.3 课题研究的目的及意义29-30
• 1.4 课题研究的内容30-32
• 2 合金元素与熔体杂质元素交互作用的热力学计算与分析32-64
• 2.1 杂质元素在镁熔体中的溶解度变化32-57
• 2.1.1 Mg-Fe-Me三元体系热力学计算33-45
• 2.1.2 Mg-Si-Me三元体系热力学计算45-56
• 2.1.3 合金元素Mn对Mg-Fe-Si三元体系中杂质元素Fe和Si的影响56-57
• 2.2 计算结果与分析57-64
• 3 杂质元素在镁合金熔体中的动力学行为分析与计算64-74
• 3.1 杂质原子沉降过程中的运动特性64
• 3.2 阻力系数的确定64-67
• 3.3 杂质原子自由沉降速度计算的数学模型的建立67-69
• 3.4 杂质原子自由沉降距离随静置时间的变化69-70
• 3.5 杂质下沉机制分析70-74
• 4 计算结果的实验验证与分析74-94
• 4.1 实验验证内容与方法74-77
• 4.1.1 实验验证内容74
• 4.1.2 实验装置74
• 4.1.3 实验方案74-75
• 4.1.4 实验原料75
• 4.1.5 分析方法75-77
• 4.2 合金元素Mn对镁合金纯度和性能的影响研究77-83
• 4.2.1 合金成分分析77
• 4.2.2 合金铸态组织形貌分析77-82
• 4.2.3 合金电化学实验分析82-83
• 4.3 静置温度和静置时间对镁纯净度的影响83-92
• 4.3.1 不同静置温度下的合金成分分析83-84
• 4.3.2 不同静置温度下的合金铸态组织形貌分析84-87
• 4.3.3 不同静置时间下的合金成分分析87
• 4.3.4 不同静置时间下的合金铸态组织形貌分析87-92
• 4.4 小结92-94
• 5 结论与展望94-96
• 5.1 结论94
• 5.2 展望94-96
• 致谢96-98
• 参考文献98-108
• 附录108-113
• A. 阻力系数关联式汇总表108-112
• B. 球形颗粒的阻力系数与雷诺数的对应值112-113
• C. 作者攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果目录113

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本文编号：455880