稀土Mg-Gd系合金的研究现状与展望

Mg-Gd系镁合金因满足航空航天材料轻量化、高温强度的要求而受到极大关注。简述了稀土Mg-Gd系合金的研究现状。从合金氧化夹杂、流动性能、Gd在合金中的偏析以及合金的热裂性等方面阐述了浇铸法制备Mg-Gd系合金的铸造性能。通过统计比较了近年来在Mg-Gd基础上设计出的合金在不同状态下的强度、塑性数据。阐述了合金在低温、室温下的强度与抗蠕变性能、高温压缩性能和短时强度等高温力学性能及各自的断裂机制。最后,叙述了该合金系的耐腐蚀性能,并展望了该合金系的研究前景。

Gd对Mg?Gd?Y?Sm?Zr系稀土镁合金显微组织和抗腐蚀性能的影响

采用失重法研究了不同含量的Gd对Mg-Gd-Y-Sm-Zr系稀土镁合金抗腐蚀性能的影响,利用光学显微镜和扫描电镜观察了合金的显微组织及其腐蚀形貌,并对合金及其腐蚀产物进行了XRD分析。结果表明:经热处理后,Mg-Gd-Y-Sm-Zr系稀土镁合金主要由α-Mg基体和Mg5Gd和Mg24Y5析出相组成;随着Gd含量的增加,合金晶粒逐渐细化,析出相逐渐增多;合金的抗腐蚀性能随Gd含量的增加先减小后增大,其中Mg-12Gd-2Y-1Sm-0.5Zr合金的抗腐蚀性能最佳。

稀土Gd对Mg-Nd-Zn-Zr镁合金组织和性能的影响

以Mg-Nd-Zn-Zr合金为基础,通过调整Nd和Zn的含量进行合金成分优化设计,并在新选择的较优成分点通过加入合金化稀土元素Gd,研究了Gd对Mg-Nd-Zn-Zr镁合金铸造组织和力学性能,尤其对高温力学性能的影响。研究发现,Mg-Nd-Zn-Zr镁合金铸态组织由α-Mg基体和Mg12Nd化合物组成。加入合金化稀土元素Gd后,NG31试验镁合金中没有形成三元相,但铸态组织中枝晶间分布的Mg12Nd化合物变得更加细小均匀。经过固溶处理后,Mg-Nd-Zn-Zr试验镁合金铸态组织中枝晶间以及晶界上的化合物完全溶入基体,而NG31试验镁合金在晶界上还有一些颗粒状的化合物。在时效处理时该化合物会以细小弥散的化合物从α-Mg基体中析出。无论Mg-Nd-Zn-Zr镁合金还是NG31试验镁合金,T6态热处理后都具有优良的室温力学性能,抗拉强度分别达到275MPa和280MPa,屈服强度也分别保持在158MPa和165MPa。随着Nd含量的增加和Zn含量的降低,Mg-Nd-Zn-Zr镁合金的抗拉强度和屈服强度升高,延伸率也随之增加。随着Gd的加入,抗拉强度和屈服强度升高,而延伸率却有所下降。同时,在所有的测试温区内NG31的高温瞬时抗拉强度和屈服强度都高于Mg-Nd-Zn-Zr试验镁合金。NG31试验合金在250℃的抗拉强度仍然保持在215MPa,屈服强度仍能够达到155MPa,甚至还高于200℃时的屈服强度(141MPa)。

Mg-Gd系耐热镁合金的研究进展

介绍了稀土元素Gd的特性,Gd在镁中的固溶度较大,可实现固溶强化和时效强化;Mg-Gd二元合金的高温强度可优于WE54合金。综述了Mg-Gd系多元合金的研究进展,在此基础上,指出了Mg-Gd系耐热镁合金存在的问题和发展的方向。

稀土元素Gd对Mg-Zn-Zr镁合金组织和性能的影响

通过砂型铸造制备Mg-5Zn-0.6Zr和Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr合金,并通过XRD、OM、SEM和EDS以及拉伸试验研究合金化稀土元素Gd对Mg-5Zn-0.6Zr合金铸造组织和力学性能的影响。结果表明:合金Mg-5Zn-0.6Zr铸态组织由α-Mg和MgZn2等合金相组成。经固溶处理后,共晶组织全部溶入基体,晶界消失;添加合金化元素Gd后,试验合金Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr的晶粒显著细化,晶界处析出Mg-Zn-Gd三元相,在晶界析出相的周围均有大量弥散的颗粒状析出物,经固溶处理后,晶界处仍有未溶的化合物存在,但连续网状的Mg-Zn-Gd三元相分解为孤立的颗粒状或者长条状;在铸态下,合金Mg-5Zn-0.6Zr的力学性能优于Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr。但经T4和T6态热处理后,合金Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr的屈服强度和延伸率优于Mg-5Zn-0.6Zr。随着温度的升高,合金Mg-5Zn-0.6Zr的抗拉伸强度显著下降,而Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr的力学性能在高温区均优于Mg-5Zn-0.6Zr。

Mg-Gd-Y-Zr系耐热镁合金的研究进展

介绍了Mg-Gd-Y-Zr系合金中各元素的作用,阐述了合金的强化途径和机制、力学性能研究现状、热处理与时效析出行为,并对其发展前景进行了展望。

冷模压铸Mg-8Gd-3Y-0.5Zr合金的组织及性能

为了开发高强度耐热压铸镁合金,采用冷模压铸工艺制备了Mg-8Gd-3Y-0.5Zr(GW83K)合金.通过光学显微镜、扫描电镜、x射线衍射及力学性能测试等手段,分析了压铸态和短时低温固溶处理状态下合金的显微组织及力学性能.结果表明:GW83K合金冷模压铸组织比较均匀,晶粒细小(平均晶粒尺寸为40～50μm),具有优良的高温瞬时力学性能.压铸GW83K合金经低温短时固溶处理(400℃×2h)后,晶粒度变化不大,组织均匀状态未发生变化,只是片层状的共晶体消失,第二相以不连续的棒状或粒状分布于晶界处,室温拉伸力学性能可达到σb=261.7MPa,σs=240.8MPa,δ5=6.0%,比压铸态合金分别提高21%,28.4%和30.4%,且高温瞬时性能也得到进一步提高.

MgCl_2-KCl-AlF_3-(La_2O_3)熔盐体系电解制备Al-Mg-La中间合金

在质量比为41.5∶48.5∶10的MgCl2-KCl-AlF3熔盐体系中加入质量分数为0.6%La2O3,利用电解法制备了Al-Mg-La合金.用ICP-OES（电感耦合等离子体光谱仪）和XRD进行了合金的组成和物相分析.研究结果表明,在电解温度800℃,阴极电流密度6.92A/cm2,槽电压5.3-5.4V,电解时间为1h的条件下,电流效率为86.2%,得到的合金主相为α-Mg基体、β-Al12Mg17相与Al11La3相.高的阴极电流密度有利于合金中镁含量的增加.

高性能VW73B镁合金微观组织与力学性能研究

随着全球节能减排政策的推进,高性能镁合金因其低密度、高比强度、可持续发展等优势在交通运输领域得到了广泛的应用。本文通过OM,SEM和TEM等手段研究了VW73B镁合金铸态、均匀化态、挤压态以及时效态的微观组织与性能。结果表明:铸态合金由α‑Mg、(Mg,Zn)3RE相、Mg5(RE,Zn)相和LPSO相构成,均匀化处理后,合金中仅存在α‑Mg和LPSO结构相。挤压变形后,晶粒显著细化,分布于晶界处的块状LPSO结构相促进了动态再结晶行为的发生。挤压态合金由未发生动态再结晶的粗晶和细小的动态再结晶晶粒组成,LPSO结构相沿挤压方向呈流线分布。峰时效态合金中存在大量纳米级β'沉淀相和细长针状基面层错,其抗拉强度为416 MPa,屈服强度为344 MPa,断后伸长率为10.0%。VW73B合金优异的力学性能是细晶强化、时效强化、块状LPSO结构相以及层片状LPSO结构相共同作用的结果。

热处理对La_(0.63)Gd_(0.2)Mg_(0.17)Ni_(3.1)Co_(0.3)Al_(0.1)储氢合金微观组织和电化学性能的影响

在氩气气氛和1173 K保温条件下对La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1储氢合金进行不同时间(t=8～168 h)的热处理,采用电感耦合等离子发射光谱(ICP)、X射线衍射(XRD)、电子探针显微分析方法(EPMA)和电化学测试分析方法对比研究了退火时间对合金显微组织演化和电化学性能的影响。研究结果表明,铸态合金组织由Ce2Ni7型、Gd2Co7型、Pr5Co19型、PuNi3型和CaCu5型相组成,其Ce2Ni7型相的丰度为78.9%,随退火时间的延长,退火合金中Ce2Ni7型相的丰度逐渐增加,当退火时间t=168 h时其相丰度达到94.5%,Ce2Ni7型相结构的晶胞参数和晶胞体积随退火时间增加而减小。电化学测试分析表明,退火合金电极的电化学性能与Ce2Ni7型相的丰度有密切关系,退火时间对合金电极的活化性能影响不大,但合金电极放电容量随退火时间的延长逐渐提高,当t=168 h时,合金电极放电容量达到最大值386.8mAh.g-1;退火时间对合金电极循环稳定性的提高和改善有不同程度的影响,当退火时间t=16～168 h时,经100次充放电循环后,其电极容量保持率S100=90.3%～91.5%。热处理能有效改善合金电极电化学反应的动力学性能,但不同退火时间对合金电极的高倍率放电性能影响不明显。

Gd对Mg-5Si合金组织和力学性能的影响

采用Mg-30Gd中间合金对过共晶Mg-5Si合金进行变质处理,考察了Gd对合金组织与力学性能的影响,并讨论了其变质机理。结果表明,Gd对过共晶Mg-5Si合金中初生Mg2Si相具有良好的变质作用。当加入2.0%的Mg-30Gd时,变质效果最佳,初生Mg2Si相的平均尺寸减小到25μm以下,其形态大部分为近球状,并且分布均匀,合金的抗拉强度和伸长率也达到了最大值,分别为105 MPa和3.1%。但是,当Mg-30Gd增加到3.0%时,初生Mg2Si相又转变为粗大的树枝晶形态。变质机理与稀土元素富集于初生Mg2Si相生长表面抑制优先生长晶向的生长,以及金属间化合物GdxSiy为初生Mg2Si相生长提供了异质形核核心有关。

Er和Gd复合变质对Mg-3.2Si合金组织及性能的影响

通过金相、扫描电镜和电子探针等方法研究了稀土Er和Gd复合变质对过共晶Mg-3.2Si合金组织和力学性能的影响,并探讨了其变质机理。结果表明,在过共晶Mg-3.2Si合金中,添加约0.6%的Er时,初生Mg2Si相的尺寸由150μm减小到40μm,其形态由粗大树枝状变为不规则多面体形状;在此基础上,继续添加0.6%的Gd,可获得20-30μm的多面体初生Mg2Si相,变质效果最佳;但稀土添加过量,会出现过变质现象。其变质机理是稀土在初生Mg2Si相表面富集,影响其生长过程并改变其生长方式;合金凝固时,稀土Er、Gd的晶体结构相同,形成了连续固溶体。当加入0.6%的Er和0.6%的Gd时,合金的抗拉强度与伸长率分别达到112 MPa和3.2%。

金属储氢材料研究概况

综述了氢存储研究的重要性和国内外当前金属储氢材料的研究状况,对稀土系、Laves相系、镁系和钛系4大系列及金属配位氢化物系储氢材料当前的研究热点和存在问题进行了详细的介绍,并对未来金属储氢材料的研究工作进行了展望。金属储氢材料可用于电能、机械能、热能和化学能的转换和储存,具有广阔的应用前景。然而到目前为止,那些在室温下容易释放氢的金属氢化物,其可逆吸氢量不超过2%,无法满足实际要求。因此,新型储氢材料的开发任重而道远。

Mg-Ni-Nd非晶电极合金充放电过程中的组织结构变化及对其放电容量的影响

采用熔体快淬法制备了(Mg70.6Ni29.4)90Nd10的非晶贮氢合金带,用X射线衍射仪和高分辨电镜对该合金在充放电循环过程中的组织结构演变进行了动态跟踪。结果表明:(Mg70.6Ni29.4)90Nd10贮氢合金在充放电循环过程中由非晶态慢慢晶化为纳米晶,初生相NdMg2Ni9在循环过程中逐渐转化为Mg2Ni,α-Mg和Nd2H5相。电化学性能测试表明,由于微观结构的变化对其放电容量的影响过程分为3个阶段:首先是前两个循环的活化过程,在第3个循环达到放电容量最高值(580.5 mAh.g-1);接下来是放电容量显著降低的4～10个循环阶段;最后是放电容量保持稳定的11～20个循环。研究发现NdMg2Ni9相的存在和保持合金的非晶结构是提高镁基电极合金循环稳定性的重要因素。