Cu元素对Mg-Zn系合金显微组织及热物性能影响研究
发布时间：2021-03-21 04:06
随着高精尖装备的高速发展以及结构轻量化需求的不断增加,具有高导热性能的新型轻质结构材料成为当今世界各国研发的热点之一。镁及其合金是一类优良的导热材料,开发高导热镁合金是解决当前工业应用中一些大功率、高精密复杂设备散热问题及轻量化需求的有效途径之一。本文在现有的镁合金热物性能研究基础上,结合当前商用镁合金的应用实际,并在控制材料制备成本的原则下,选取以Cu为第三组元的Mg-Zn系镁合金为研究对象。设计了 Mg-2Zn-xCu（x = 0,0.5,1.0,1.5（at.%））镁合金,熔炼制备了符合要求的合金试样,利用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等手段和导电及导热性能测试手段,系统地研究了不同Cu含量的Mg-2Zn-xCu合金在铸态、固溶态及时效态时的显微组织和热物性能。从显微组织演变,电导率和热导率变化规律出发,深入研究了一次凝固析出第二相及时效析出相对合金热物性能的作用机理。本研究得到的数据和结论,将为新型高导热镁合金的研发提供更多有价值的参考。通过研究发现,随着Cu含量增加,共晶组织体积分数逐渐增加,并由不连续块状逐渐演化为连续网络状,其中凝固析出第二相为立...
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２合金元素对镁室温热导率的影响??
处理后的热导率，分析认为这是由于ＬＰＳＯ相中富集了大量的Ｚｎ原子和ＲＥ原子，??随着固溶处理进行，溶质原子回溶进基体，促进了基体的畸变程度。??另外，温度作为影响热导率的一个重要因素，文献中也有相关的报道，如图１．３所??示是纯镁热导率随温度的变化规律［５１］。可见，从低温区到高温区的不同区间里，纯镁??的热导率是先随温度增加而急剧升高，达到最高峰值后急剧回落，最后随温度增加而??趋于平缓下降的趋势。对于镁合金，在不同的温度区间内，热导率的主要散射机制各??不相同。当材料温度是德拜温度的２／３时，其热导率和电导率呈正比，符合魏德曼－弗??兰兹定律（Ｗ－Ｆ定律）；当温度远小于德拜温度或远大于德拜温度时，热导率和电导率??之间就不再是线性相关了［４Ｇ］。纯镁的德拜温度约为４５?°Ｃ，因此在室温环境中，镁合??金的热导率也可以通过电导率值来预测和验证。Ｂａｋｈｔｉｙａｒｏｖ等人［５２］关于ＡＥ４２和??ＡＺ９１Ｅ合金在０￣８００?°Ｃ范围内导电及导热性能的研究同样表明在高温区间Ｗ－Ｆ定律??是适用的。??６０００?｜－｜???－？?Ｐｕｒｅ?Ｍｇ??５０００?－＇????Ｓ?，?Ｕ?１５６??ｊ?４０００?－（ｌ＂?１５５?；?＼??己
文献中对镁合金热物理性能方面的研宄非常有限，主要集中在Ｍｇ－Ａｌ和Ｍｇ－Ｚｎ??两大合金体系上［４１－５（）］。在这些常见的商用镁合金中，Ｍｇ－Ｚｎ基合金由于其明显的时??效硬化效果得到了特别的关注。如图１．４所示为Ｍｇ－Ｚｎ二元相图［５３］。Ｚｎ元素在Ｍｇ中??的最大固溶度可达２．４ａｔ．％（６．２ｗｔ．％），固溶度随温度的下降而降低，和Ａ１元素一样是??镁合金有效的固溶强化和时效强化元素。Ｍｇ－Ｚｎ合金系的时效强化和显微结构早在??２０世纪６０年代就展开了研宄，时效过程的析出序列为：ＳＳＳＳ—Ｇ．Ｐ．区—ｐｒ?（共格，细??杆状，ＨＣＰ结构，轴线与基面垂直，ＭｇＺｍ）—ｐ２?（半共格，盘状相，ＨＣＰ结构，轴线??与基面平行，ＭｇＺｎ２）—ｐ（完全不共格，Ｍｇ２Ｚｎ３／ＭｇＺｎ）［５４＿５７］。??Ｗｅｉｇｈｔ?Ｐｅｒｃｅｎｔ?Ｚｉｎｃ??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??７００?卜■丨…１?丨．．＿丨?＼?丫?｜?Ｉ?—丄＿－丨?１?■丨…Ｉ?＼???＇?＿?１?■?＿?：??ａ５０°Ｃ??；：＼Ｌ?：??＾?４。。－?（Ｍｇ）?＼?广?ｉ?ｊ?３ａｉ°Ｃ?？??＂ｔｏ?２．４?３４０±１°Ｃ????３４７＾１°ｃ?，?ｆ?｜｜?｜?９２＾?９９．ｔ??｜?—?ｊ?３祕?｜?３４８Ｌｃ?！?ｊ?ｌｊ?叫（Ｚ，，）Ｈ－??＾?５?！?！?ｉ！??６?丨?：：??２００－?２Ｓ?ＭｇＺｎ?—１?＾?
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁合金功能材料的研究进展（英文）[J]. 陈先华,耿玉晓,潘复生. 稀有金属材料与工程. 2016(09)
[2]均匀化热处理对ZC62镁合金显微组织和力学性能的影响[J]. 黄晓锋,张玉,秦牧岚,郝远. 材料热处理学报. 2016(07)
[3]镁合金导热性能研究进展[J]. 游国强,白世磊,明玥,马小黎. 功能材料. 2016(05)
[4]镁合金在航空航天领域研究应用现状与展望[J]. 吴国华,陈玉狮,丁文江. 载人航天. 2016(03)
[5]导热镁合金的研究与开发现状[J]. 王春明,陈云贵,肖素芬. 稀有金属材料与工程. 2015(10)
[6]镁合金在航空领域应用的研究进展[J]. 赵怿,董刚,赵博. 有色金属工程. 2015(02)
[7]铸造镁合金在先进航空发动机上的应用[J]. 姚灿,郭芳琼. 装备制造技术. 2015(01)
[8]镁合金在车辆结构部件上的应用[J]. 森 久史,蔡千华. 国外铁道车辆. 2014(06)
[9]稀土Y对Mg-Zn-Mn镁合金显微组织和力学性能的影响（英文）[J]. 齐福刚,张丁非,张孝华,潘复生. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(05)
[10]LED泡沫金属散热器的散热性能研究[J]. 王芳,张治民,吕猛,王录才,王超星. 铸造技术. 2014(01)
博士论文
[1]纯镁和二元镁合金的导热行为研究[D]. 应韬.哈尔滨工业大学 2015
[2]高导热Mg-Zn-Mn合金及其性能研究[D]. 袁家伟.北京有色金属研究总院 2013
[3]Mg-Y-MM-Zr合金组织及性能研究[D]. 马鸣龙.北京有色金属研究总院 2011
[4]Mg-6Zn-xCu-0.6Zr（x=0-2.0）铸造镁合金的时效行为、显微组织及力学性能研究[D]. 朱红梅.华南理工大学 2011
硕士论文
[1]新型7A56铝合金半连续铸锭组织及其在均匀化过程中的演化[D]. 徐达.北京有色金属研究总院 2017
[2]AZ91D镁合金导热性能的研究[D]. 白世磊.重庆大学 2016
[3]Mg-Zn-Cu合金显微组织和力学性能研究[D]. 刘长富.东北大学 2013
[4]铸造Mg-3Zn-xCu-0.6Zr（wt.%）镁合金时效行为的研究[D]. 李爱文.华南理工大学 2010
[5]大功率LED封装用散热铝基板的制备与性能研究[D]. 郭培.重庆大学 2009
[6]大功率LED封装散热性能的若干问题研究[D]. 苏达.浙江大学 2008
本文编号：3092293
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２合金元素对镁室温热导率的影响??
处理后的热导率，分析认为这是由于ＬＰＳＯ相中富集了大量的Ｚｎ原子和ＲＥ原子，??随着固溶处理进行，溶质原子回溶进基体，促进了基体的畸变程度。??另外，温度作为影响热导率的一个重要因素，文献中也有相关的报道，如图１．３所??示是纯镁热导率随温度的变化规律［５１］。可见，从低温区到高温区的不同区间里，纯镁??的热导率是先随温度增加而急剧升高，达到最高峰值后急剧回落，最后随温度增加而??趋于平缓下降的趋势。对于镁合金，在不同的温度区间内，热导率的主要散射机制各??不相同。当材料温度是德拜温度的２／３时，其热导率和电导率呈正比，符合魏德曼－弗??兰兹定律（Ｗ－Ｆ定律）；当温度远小于德拜温度或远大于德拜温度时，热导率和电导率??之间就不再是线性相关了［４Ｇ］。纯镁的德拜温度约为４５?°Ｃ，因此在室温环境中，镁合??金的热导率也可以通过电导率值来预测和验证。Ｂａｋｈｔｉｙａｒｏｖ等人［５２］关于ＡＥ４２和??ＡＺ９１Ｅ合金在０￣８００?°Ｃ范围内导电及导热性能的研究同样表明在高温区间Ｗ－Ｆ定律??是适用的。??６０００?｜－｜???－？?Ｐｕｒｅ?Ｍｇ??５０００?－＇????Ｓ?，?Ｕ?１５６??ｊ?４０００?－（ｌ＂?１５５?；?＼??己
文献中对镁合金热物理性能方面的研宄非常有限，主要集中在Ｍｇ－Ａｌ和Ｍｇ－Ｚｎ??两大合金体系上［４１－５（）］。在这些常见的商用镁合金中，Ｍｇ－Ｚｎ基合金由于其明显的时??效硬化效果得到了特别的关注。如图１．４所示为Ｍｇ－Ｚｎ二元相图［５３］。Ｚｎ元素在Ｍｇ中??的最大固溶度可达２．４ａｔ．％（６．２ｗｔ．％），固溶度随温度的下降而降低，和Ａ１元素一样是??镁合金有效的固溶强化和时效强化元素。Ｍｇ－Ｚｎ合金系的时效强化和显微结构早在??２０世纪６０年代就展开了研宄，时效过程的析出序列为：ＳＳＳＳ—Ｇ．Ｐ．区—ｐｒ?（共格，细??杆状，ＨＣＰ结构，轴线与基面垂直，ＭｇＺｍ）—ｐ２?（半共格，盘状相，ＨＣＰ结构，轴线??与基面平行，ＭｇＺｎ２）—ｐ（完全不共格，Ｍｇ２Ｚｎ３／ＭｇＺｎ）［５４＿５７］。??Ｗｅｉｇｈｔ?Ｐｅｒｃｅｎｔ?Ｚｉｎｃ??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??７００?卜■丨…１?丨．．＿丨?＼?丫?｜?Ｉ?—丄＿－丨?１?■丨…Ｉ?＼???＇?＿?１?■?＿?：??ａ５０°Ｃ??；：＼Ｌ?：??＾?４。。－?（Ｍｇ）?＼?广?ｉ?ｊ?３ａｉ°Ｃ?？??＂ｔｏ?２．４?３４０±１°Ｃ????３４７＾１°ｃ?，?ｆ?｜｜?｜?９２＾?９９．ｔ??｜?—?ｊ?３祕?｜?３４８Ｌｃ?！?ｊ?ｌｊ?叫（Ｚ，，）Ｈ－??＾?５?！?！?ｉ！??６?丨?：：??２００－?２Ｓ?ＭｇＺｎ?—１?＾?
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁合金功能材料的研究进展（英文）[J]. 陈先华,耿玉晓,潘复生. 稀有金属材料与工程. 2016(09)
[2]均匀化热处理对ZC62镁合金显微组织和力学性能的影响[J]. 黄晓锋,张玉,秦牧岚,郝远. 材料热处理学报. 2016(07)
[3]镁合金导热性能研究进展[J]. 游国强,白世磊,明玥,马小黎. 功能材料. 2016(05)
[4]镁合金在航空航天领域研究应用现状与展望[J]. 吴国华,陈玉狮,丁文江. 载人航天. 2016(03)
[5]导热镁合金的研究与开发现状[J]. 王春明,陈云贵,肖素芬. 稀有金属材料与工程. 2015(10)
[6]镁合金在航空领域应用的研究进展[J]. 赵怿,董刚,赵博. 有色金属工程. 2015(02)
[7]铸造镁合金在先进航空发动机上的应用[J]. 姚灿,郭芳琼. 装备制造技术. 2015(01)
[8]镁合金在车辆结构部件上的应用[J]. 森 久史,蔡千华. 国外铁道车辆. 2014(06)
[9]稀土Y对Mg-Zn-Mn镁合金显微组织和力学性能的影响（英文）[J]. 齐福刚,张丁非,张孝华,潘复生. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(05)
[10]LED泡沫金属散热器的散热性能研究[J]. 王芳,张治民,吕猛,王录才,王超星. 铸造技术. 2014(01)
博士论文
[1]纯镁和二元镁合金的导热行为研究[D]. 应韬.哈尔滨工业大学 2015
[2]高导热Mg-Zn-Mn合金及其性能研究[D]. 袁家伟.北京有色金属研究总院 2013
[3]Mg-Y-MM-Zr合金组织及性能研究[D]. 马鸣龙.北京有色金属研究总院 2011
[4]Mg-6Zn-xCu-0.6Zr（x=0-2.0）铸造镁合金的时效行为、显微组织及力学性能研究[D]. 朱红梅.华南理工大学 2011
硕士论文
[1]新型7A56铝合金半连续铸锭组织及其在均匀化过程中的演化[D]. 徐达.北京有色金属研究总院 2017
[2]AZ91D镁合金导热性能的研究[D]. 白世磊.重庆大学 2016
[3]Mg-Zn-Cu合金显微组织和力学性能研究[D]. 刘长富.东北大学 2013
[4]铸造Mg-3Zn-xCu-0.6Zr（wt.%）镁合金时效行为的研究[D]. 李爱文.华南理工大学 2010
[5]大功率LED封装用散热铝基板的制备与性能研究[D]. 郭培.重庆大学 2009
[6]大功率LED封装散热性能的若干问题研究[D]. 苏达.浙江大学 2008
本文编号：3092293
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