Mg-Gd-Zn(-Zr)合金中长周期堆垛有序结构的研究现状及发展趋势

介绍了含长周期堆垛有序结构(Long period stacking order,简称LPSO结构)的Mg-RE-Zn(-Zr)合金的研究现状,重点分析了Mg-Gd-Zn(-Zr)合金中14H-LPSO结构的最新研究进展,综述了等通道角挤压和搅拌摩擦加工工艺在镁合金强韧化中的应用现状,提出了当前Mg-Gd-Zn(-Zr)合金研究需解决的主要问题和未来研究方向,展望了等通道角挤压和搅拌摩擦加工工艺在Mg-Gd-Zn(-Zr)合金强韧化方面的应用前景。

快速凝固高性能镁合金研究进展——长周期堆垛有序结构镁合金

综述了快速凝固新型固结成形工艺及快速凝固高性能镁合金的研究进展;重点阐述了新型长周期堆垛有序结构镁合金的力学性能、微观组织、形成机理及强化机制;最后指出了快速凝固镁合金的发展方向。

长周期堆垛有序结构强化Mg-Zn-Y合金的组织与性能

为研究长周期堆垛有序(LPSO)结构对Mg-Zn-Y变形镁合金组织与性能的影响,通过铸造和热挤压工艺制备了Mg97Zn1Y2和Mg94Zn2Y4合金.采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及电子万能试验机等研究了2种合金在铸态、退火态以及挤压态下的显微组织和力学性能.研究结果表明,Mg97Zn1Y2和Mg94Zn2Y4合金的铸态组织均由α-Mg和18R型LPSO相构成,LP-SO相连接成网状分布在晶界.经500℃退火36 h后,Mg97Zn1Y2合金中部分块状LPSO相分解为细层片状,结构由18R转变为14H,但在Mg94Zn2Y4合金中未观察到LPSO相结构类型的转变.通过挤压变形,LPSO相沿挤压方向排列,合金强度得到大幅度提高,Mg97 Zn1Y2和Mg94Zn2Y4合金的抗拉强度分别达到319和390 MPa.

镁合金中长周期有序堆垛结构的研究进展

近十年来,长周期有序堆垛结构(Long period stacking ordered structure,LPSO结构)是高性能镁合金研究领域的热点之一。基于近年LPSO结构的研究进展,综述了可形成LPSO结构的镁合金系、LPSO结构类型和特点以及LPSO结构形成机理。

镁合金中的长周期有序堆垛结构

本文详细阐述了镁合金中长周期有序堆剁相的最新研究进展，对镁合金中长周期有序堆剁相的结构进行了系统的论述，展望了镁合金中的长周期有序堆剁结构的研究趋势。

长周期堆垛有序结构对镁合金力学性能和耐腐蚀性能的影响

近年来,研究发现通过适当的合金化和热处理,可在镁合金中引入长周期堆垛有序结构(LPSO),从而显著改善镁合金的加工性能和力学性能,同时,对镁合金耐腐蚀性能的提高也有益处。目前,国内外针对含LPSO相镁合金开展了大量基础研究,特别对LPSO相的结构和形成条件已有较为深入和全面的认识,但针对含LPSO相镁合金的力学性能及耐腐蚀性能的研究则相对较少。在简要总结LPSO相的结构类型与形成机理的基础之上,全面综述含LPSO相镁合金的力学性能和耐腐蚀性能的国内外研究现状,以期为新型含LPSO相镁合金的开发和性能调控提供参考。

长周期堆垛有序结构增强的超高强度镁合金的研究

通过常规铸造方法取代快速冷却／粉末冶金方法，制备出具有长周期堆垛有序结构的镁合金，并通过热处理和等通道挤压等方法，提高所制备镁合金的力学性能。试验结果表明，采用常规铸造的方法可以得到具有长周期结构的镁合金，其中具有长周期结构的x相对合金的强化起着重要的作用。

合金元素对铸态镁合金中长周期堆垛结构的形成与特征的影响

感应熔炼法制备了Mg_(97)Y_2M_1(M=Zn,Ni,Ag)合金,运用TEM和SEM对铸态合金中的长周期堆垛结构(LPS)进行了分析.结果表明,铸态Mg_(97)Y_2Zn_1中的LPS主要为6层周期堆垛,但不同于理想的6H型堆垛结构;在Mg_(97)Y_2Ni_1中也存在LPS结构,与Mg_(97)Y_2Zn_1相比,Mg_(97)Y_2Ni_1中LPS具有较大的晶格畸变;Mg_(97)Y_2Ag_1中未观察到LPS.结合实验结果,对影响LPS形成的因素进行了讨论.

Mg-Gd-Y-Zn合金中长周期堆垛结构形成的原位准动态背散射电子显微研究

本文利用原位准动态背散射电子显微像(BSE)并结合透射电镜观察研究了MgGd1.8Y0.8Znx(at.%)(x=0.12,0.8,1.3)合金中长周期堆垛结构(LPS)的形成及生长形态。结果表明,当Zn含量较少时(x=0.12),铸态和各种热处理状态的合金中都未形成LPS。而在Zn含量相对较多的铸态合金(x=0.8,1.3)中,发现6层周期LPS的形成,而且Zn含量越多,LPS的体积分数越大。在300℃进行热处理时,LPS可以沿Mg基体{0001}面生长,原位准动态BSE观察可以直接揭示与LPS的生长相关的形貌变化。

凝固条件对Mg-Zn-Y合金中长周期堆垛结构的影响

应用透射电镜研究了快速凝固,常规凝固以及热处理后Mg97Zn1Y2合金中长周期堆垛结构(LPS)的形成、结构和变化特征。结果表明,快速凝固带状材料中,18R类型的LPS首先在网状第二相中形成,573K时效20h后,18R有向6H转变的趋势。铸态合金中LPS主要为6层堆垛结构,这种结构在573K时效50h后仍然保持稳定。铸态合金在823K热处理10h后,LPS趋于溶解,但镁基体中仍可观察到6层堆垛的LPS的存在。通过不同的凝固和热处理过程,可以获得不同结构和分布状态的LPS。

Mg-Gd-Y-Zn合金400℃热处理过程中长周期堆垛结构的形成

利用扫描电镜背散射电子像、透射电镜观察及能谱分析,研究了铸态MgGd1.8Y0.8Zn0.8(at.%)在400℃热处理前后结构的变化。结果发现,400℃热处理可导致铸态合金中初生Mg3Gd型第二相的部分分解及长周期堆垛结构(LPS)的形成。热处理形成的LPS结构为畸变的6H型,多存在于Mg3Gd型相及Mg5RE型相的前沿,并与较密集的堆垛层错(SF)组成一个富Zn元素的混合区——(SF+LPS)区。Mg5RE型相存在于热处理后的合金中,具有fcc结构,与Mg基体有确定的取向关系,其与(SF+LPS)区的相界处存在一个宽约10 nm的过渡层。

长周期堆垛结构相对Mg-Y-Gd-Zn-Mn合金显微组织和力学性能的影响

通过常规金属型铸造方法制备了Mg_(96.5-X)Y_XGd_1Zn_2M_(n0.5)(x=1.0,1.5,2.0,2.5)(x%)合金。利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和力学性能试验机等对合金的铸态显微组织及力学性能进行了系统的分析。研究结果显示,随着Y的增加,铸态合金组织明显细化,晶界上形成了18R型的长周期堆垛有序结构相,并且随着Y含量的增加其体积分数上升,Y含量增至2.5%时,18R型的长周期相明显粗化。当Y含量为2.0%时,力学性能最优,抗拉强度和延伸率为221MPa和8.2%。随着Y含量的进一步增加,抗拉强度略有下降。

镁锂合金中LPSO相的研究进展

与其他金属结构材料相比,被称为超轻材料的镁锂合金具有超低密度、高塑性、高比强度、高比刚度及良好的阻尼减震等优异性能,是航空航天、武器装备等对质量密度极其敏感的高端制造领域的理想材料。然而绝对强度过低,尤其是强化相容易发生过时效导致性能大幅下降,严重限制了其多场景、规模化的生产应用。近年来在Mg-RE-TM合金中发现的长周期有序堆垛结构(LPSO相),具有较高的强度与热稳定性,能够有效提高镁合金的强度、塑性及高温抗蠕变性能,同时还可改善合金耐蚀性、电磁屏蔽性及阻尼减震性能等,为Mg-Li合金的强韧化及功能性结构材料的研发提供了新思路。本文在简要总结LPSO相的结构类型与形成机理的基础上,综述了含LPSO相镁锂合金组织和性能的国内外研究现状,并指出了未来研究工作的重点发展方向,以期为含LPSO相新型镁锂合金的开发和性能调控提供参考。

热处理对含LPSO结构Mg-Y-Cu-Zr镁合金组织与腐蚀行为的影响

为研究长周期堆垛有序(LPSO)结构对镁合金腐蚀行为的影响,通过重力铸造制备了Mg-6.6Y-2.6Cu-1.2Zr(质量分数%)合金,并分别在420、440和460℃下固溶处理。借助SEM和XRD对合金显微组织和物相进行分析;通过腐蚀浸泡实验研究合金的耐蚀性能。结果表明,铸态Mg-6.6Y-2.6Cu-1.2Zr含有LPSO结构,随着固溶温度的升高,LPSO结构减少,晶粒尺寸增大,当固溶温度为460℃时,LPSO结构消失。不含LPSO结构的Mg-Y-Cu-Zr合金耐蚀性能优于含LPSO结构的该合金,而随着固溶温度的升高,含有LPSO结构的Mg-Y-Cu-Zr合金的耐蚀性能降低。此外,合金表现为严重的局部腐蚀行为。

高温退火对铸态和挤压态Mg_(97)Y_2Zn_1合金中长周期堆垛有序结构形态的影响

研究了铸态和挤压态Mg_(97)Y_2Zn_1合金中长周期堆垛有序结构在高温退火时的组织演化.结果表明,铸态合金由网状的18R-LPSO相、堆垛层错、α-Mg和少量的Mg_(24)Y_5颗粒组成.经过挤压后,第二相沿挤压方向呈带状分布,同时在基体内析出大量尺寸细小的14H层片.铸态合金退火初期,14H结构在18R周围的层错区内大量形核,随后18R沿着层错向14H层片转变,14H层片不断增厚和增长,并在退火30 h时体积达到最大.此后继续退火时,18R向14H的转变和14H的溶解同时进行,在退火200 h的样品基体内部几乎不存在14H层片,只在18R相周围有少量残余14H结构.对于挤压态合金,由于挤压时大量形核位置的引入,14H晶核在合金中已大量存在.退火时,18R结构不断溶解于基体中直至全部消失,14H层片则随退火时间的延长连续增长和增厚.当14H层片覆盖基体后,继续延长退火时间,14H层片的增长受到α-Mg晶界阻碍,只发生粗化以及溶解过程.在退火200 h的挤压态样品中,只剩下粗化的14H结构.

长周期堆垛有序结构增强镁合金的研究进展

随着汽车和航空工业的飞速发展,对节能减排和轻量化提出了更高的要求,使得高强轻质镁合金有了更大的发展。稀土元素由于具有优异的固溶和沉淀强化效果,能够改善合金的高温和抗蠕变性能,提高耐蚀性,同时稀土元素还具有除氢脱氧、提高铸造性能等作用,从而使稀土镁合金成为研究的一大热点,并在航空航天、电子、汽车、通讯等领域展现出了广阔的应用前景。近年来,通过向Mg-RE合金中加入Zn,Cu或Ni等元素,合理调整合金成分、温度和冷却条件,形成了一种具有长周期堆垛有序结构(long period stacking ordered,LPSO)的有序固溶体。合金经塑性变形后LPSO相呈弥散状均匀分布在基体上,同时细化基体晶粒,极大地提高了合金的强韧性。长周期堆垛有序结构作为镁合金中一种新的有效的增强相,能够显著提高合金的力学性能,具有极大的发展前景。综述了长周期增强镁合金的研究进展和应用现状,主要介绍了Mg-RE-Zn,Mg-RE-Cu,Mg-RE-Ni合金系的国内外研究现状,提出了当前研究需要解决的主要问题,展望了长周期堆垛有序结构增强镁合金的发展趋势。

Li元素对Mg_(94)Y_4Zn_2长周期镁合金组织与性能的影响

探讨了在Mg-Y-Zn合金中添加Li元素时,Li对合金的微观组织和力学性能的影响。研究发现,Li元素的添加,能够促进铸态合金18R型长周期相的形成,同时细化枝晶,而固溶处理后会改变14H型长周期相的形成方式。力学性能测试结果表明,这种14H型长周期相会提高基体的显微硬度。

高温固溶处理对Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金组织结构及力学性能的影响

通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和力学试验,研究了510℃下固溶处理20h所得Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金的组织结构及力学性能。结果表明,铸态Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金主要由树枝状α-Mg基体以及分布于枝晶间的(Mg,Zn)_3Gd共晶相组成;固溶处理后,合金相组成未发生变化,而(Mg,Zn)_3Gd相形貌由连续网状转变为不连续岛状,体积分数由19%下降为9%;固溶态合金中未观察到长周期堆垛有序结构的形成。拉伸条件下,固溶态Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金屈服强度比铸态略有下降,但抗拉强度和延伸率均有较大提高,其屈服强度、抗拉强度和延伸率依次为176 MPa、277 MPa和12.8%,表现出优良的综合力学性能;压缩条件下,铸态和固溶态Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金的力学性能差异较小,且均优于拉伸条件下的力学性能。

LPSO相增强镁稀土合金耐热性能研究进展

镁合金作为最轻的金属结构材料,具有密度低、储量丰富、比强度和比刚度高、阻尼减震和电磁屏蔽性能佳、导热导电性良好、易于回收利用等一系列优点,故而在航空航天、国防军事、新能源汽车等领域展现出极大的应用潜力和发展前景。然而,镁合金的绝对强度偏低,尤其是高温强度低、抗蠕变性能较差,极大地限制了其作为结构材料在关键零部件上的使用。因此,开发在高温下仍具有良好使役性能的新型高强韧镁合金是当前学者面临的严峻问题。当在镁合金中同时加入Gd或Y等稀土元素以及Zn元素时,合金中会形成一种新颖的相结构--长周期堆垛有序(Long period stacking ordered structure,LPSO)结构。由于LPSO相的存在,镁合金的力学性能显著提升(室温抗拉强度已突破500 MPa),高温性能也得到有效改善(高温拉伸强度和高温抗蠕变性能均显著优于同样状态下的WE54等商用镁合金)。因此,近年来,国内外研究人员针对LPSO相增强镁稀土合金的耐热性能开展了广泛研究,并取得了较为显著的研究成果。研究主要集中于两个方面:一是LPSO结构的热稳定性研究,即高温下不同LPSO结构之间的相互转变规律和演化机制;二是合金的高温力学性能研究,通过揭示LPSO相对合金高温拉伸、压缩和抗蠕变性能的影响规律和作用机制,开发新一代高强韧耐热镁合金。借助于先进的高分辨电镜表征技术,研究人员对Mg-RE-Zn合金中18R和14H等 LPSO相的结构和形成机理进行了全面解析。根据合金成分及状态的不同,高温下14H相主要通过两种方式形成,即在镁基体中直接析出或由18R结构转变而来。通过高温拉伸/压缩性能测试及组织观察,阐明了LPSO结构与位错、孪晶和晶界的交互作用,揭示其高温下强韧化镁合金的微观机理。近年来的蠕变研究工作进一步证实了LPSO相具有提高合金抗蠕变性能的巨大潜力,LPSO相的自身形态与强化效果,及其与多种沉淀相在蠕变过程中的交互作用显著影响合金的抗蠕变性能。然而,目前为止,有关该类合金的蠕变控制机制及LPSO相所起的作用尚未明确。本文探讨了LPSO相在高温下的转变规律及其对合金晶粒尺寸的影响,并系统综述了LPSO相的结构、形态和分布情况对镁稀土合金高温拉伸、高温压缩以及抗蠕变性能的影响规律和作用机制,最后展望了LPSO相增强镁稀土合金在耐热领域应用所面临的问题和未来的发展趋势。

含LPSO相Mg-Y-Cu合金的腐蚀行为

采用重力铸造方法制备了4种Mg_(100-3x)Y_(2 x)Cu_(x)(x=0.5,1,1.5和2 at%)合金,借助扫描电镜观察了合金的铸态组织,采用浸泡试验和电化学试验研究了合金的耐蚀性。结果表明:随着Y、Cu含量的增加,合金中LPSO相的体积分数显著增加,其形貌也由不连续网状和孤岛状共存转变为连续网状分布。LPSO相对合金的腐蚀具有双重作用。Mg_(98.5)Y_(1)Cu_(0.5)合金的耐腐蚀性能最佳,Mg97 Y2 Cu1合金的耐蚀性能最差,4种合金按照耐腐蚀性能由高到低排序为:Mg_(98.5)Y_(1)Cu_(0.5)>Mg_(95.5)Y_(3)Cu_(1.5)>Mg_(94)Y_(4)Cu_(2)>Mg_(97)Y_(2)Cu_(1)。