Arrhenius relationship and two-step scheme in AF hyperdynamics simulation of diffusion of Mg/Zn interface

The accelerating factor （AF） method is a simple and appropriate way to investigate the atomic long-time deep diffusion at solid-solid interface. In the framework of AF hyperdynamics （HD） simulation, the relationship between the diffusion coefficient along the direction of z-axis which is normal to the Mg/Zn interface and temperature was investigated, and the AF＇s impact on the diffusion constant （D0） and activation energy （Q^＊） was studied. Then, two steps were taken to simulate the atomic diffusion process and the formation of new phases： one for acceleration and the other for equilibration. The results show that： the Arrhenius equation works well for the description of Dz with different accelerating factors; the AF has no effect on the diffusion constant Do in the case of no phase transition; and the relationship between Q＊ and Q conforms to Q^＊=Q/A. Then, the new Arrhenius equation for AFHD is successfully constructed as Dz=Doexp[-Q/（ART）]. Meanwhile, the authentic equilibrium conformations at any dynamic moment can only be reproduced by the equilibration simulation of the HD-simulated configurations. Key words： accelerating factor method; Arrhenius equation; two-steps scheme; Mg/Zn interface; hyperdynamic simulation

茶碱插层Mg/Zn/Al-LDHs复合物的组装及其缓释性能研究

采用同晶置换以Zn2+代替Mg2+合成Mg/Zn/Al-LDHs,并将茶碱插入LDHs层间形成超分子复合物。通过XRD、FT-IR、UV和TG-DTA考察了Mg/Zn/Al-LDHs和茶碱插层组装Mg/Zn/Al-LDHs的反应条件及影响因素。结果表明,采用共沉淀法,在n(Mg)∶n(Zn)∶n(Al)∶n(茶碱)=3∶1∶1∶2、pH值=9、T=80℃、晶化12h的条件下可获得化学组成清晰和结晶度良好的无机/有机杂化型药物插层LDHs。测试了茶碱插层LDHs在不同介质中的缓释性能,及其茶碱的释放量,探讨了茶碱插层LDHs的缓释机理。

不同预时效挤压态Mg−Gd−Y−Zn−Zr合金的再结晶行为和强化机制

通过控制预时效时间制备3种不同状态的试样,研究不同预时效状态对挤压态Mg−9.5Gd−4Y−2.2Zn−0.5Zr(质量分数,%)合金的动态再结晶行为(DRX)和性能的影响。结果表明,欠时效挤压(UAE)样品的细晶体积分数为17.4%,而峰时效挤压(PAE)和过时效挤压(OAE)样品的细晶体积分数分别达到89.7%和50.4%。在晶粒内部和晶界处分布的致密、细小的β颗粒相通过粒子激发形核机制显著提高了形核位点和位错密度。然而,致密针状γ'相抑制位错滑移,延迟DRX形核。PEA和OAE样品中细小晶粒的差异归因于原始颗粒相的数量和尺寸的不同,而其拉伸性能的差异归因于不同的显微组织。由于晶界强化和析出强化机制的贡献更大,PAE样品具有更优异的拉伸性能。

生物可降解挤压态Mg-Sn-Zn-Zr合金组织与腐蚀性能的研究

采用气体保护法制备了高强塑性Mg-Sn-Zn-Zr(TZK)合金,然后在不同温度(300、350、400℃)对其进行挤压变形,并对合金的微观组织、物相组成和体外降解行为进行研究。结果表明:300℃挤压后合金的组织为均匀细小的等轴晶,晶粒尺寸最小,为6.57μm;析氢量和腐蚀速率最低,耐腐蚀性能最好。随挤压温度升高,合金的晶粒长大,组织中出现孪晶,导致其耐腐蚀性能变差。

通过不同热挤压方式制备具有较优强塑性组合的新型Mg-5Sn-2Al-1Zn合金

制备新型Mg-5Sn-2Al-1Zn(TAZ521)合金。为提高合金的强度与塑性,采用正挤压(DE)和挤压-剪切(ES)两种工艺对该合金进行变形处理。通过XRD、SEM、TEM、EBSD和拉伸试验等方法研究均匀态和挤压态合金的显微组织演变、织构演变及强化机制。结果表明,正挤压态合金的力学性能得到改善;然而,合金表现出由粗晶和细小动态再结晶(DRXed)晶粒组成的双峰组织。经过挤压-剪切变形后的合金组织变得更加均匀,并且实现更好的强韧性结合,变形后合金的屈服强度(YS)、极限抗拉强度(UTS)和伸长率(EL)分别达到212 MPa、303 MPa和21.7%。晶粒细化和Mg2Sn析出物的钉扎效应对强度的提高起到重要作用,此外,延展性的提高归因于基面纤维织构的弱化和非基面滑移系的激活。

高强Al-Zn-Mg-Cu合金静态再结晶模型及组织演变

采用Gleeble 3800热模拟试验机对航空用Al-Zn-Mg-Cu合金的热变形行为进行了测试,对变形后的微观组织进行了表征,系统分析了静态软化行为,建立了静态再结晶动力学模型。结果表明:实验用航空Al-Zn-Mg-Cu合金的静态再结晶激活能为129162 J·mol^(-1),静态再结晶体积分数受变形温度、变形程度、变形速率的影响,且变形温度对静态再结晶影响最明显;变形速率一定时,变形温度越高,道次停留时间的影响越不明显;350℃低温变形后,α-Al基体晶粒内部仍存在大量的位错缠结;400℃中温变形后,位错运动能够充分进行,部分晶粒发生了再结晶;450℃高温变形后,基体晶粒基本全部完成了再结晶,基体晶粒内部发现5~25 nm尺寸范围的Al-Zn-Mg-Cu四元相粒子;对于不同热变形条件,模型预测值的误差在0.008~0.0625范围内,动力学模型的计算结果精确度较高。

Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金碎屑固相再生工艺研究

通过热压烧结以及挤剪复合成形工艺对Mg-7Gd-4Y-2Zn-0.4Zr合金碎屑进行固相再生。在碎屑中添加体积分数5%、7%和9%的SiC颗粒,研究了SiC颗粒含量对固相再生坯料微观组织和力学性能的影响。结果表明,热压烧结后坯料中的界面明显,O元素在烧结界面富集。此外,微观组织中存在大块SiC颗粒,不同试样的塑性均较差。相比于其它试样,SiC体积分数7%的热烧结试样的综合性能最优,其抗拉强度为232 MPa,伸长率为1.76%。挤剪复合成形后,微观组织中的烧结界面消失,平均晶粒尺寸细化至10μm。此外,原本团聚分布的SiC颗粒均匀、弥散地分布在合金内部。SiC体积分数5%的固相再生坯料具有较优的综合力学性能,其抗拉强度为269 MPa,伸长率为12.2%,相比于固溶态合金分别提升了24.5%和62.7%。

基于机器学习的Al-Zn-Mg-Cu合金快速设计

提出一种基于机器学习的合金快速设计系统(ARDS),以定制所需性能的合金制备策略或预测制备策略所对应的合金性能。为此,分别对3种回归算法:线性回归(LR)、支持向量回归(SVR)和人工神经网络(BPNN)进行建模和比较以训练多性能预测模型。其中,应用SVR构建的机器学习模型被证明是最佳的。然后,基于生成对抗网络(GAN)模型原理,构建Al-Zn-Mg-Cu系铝合金快速设计系统(ARDS)。对ARDS的预测可靠性进行验证。结果表明,为了能够获得准确的制备策略,系统中极限抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和伸长率(EL)的输入上限分别约为790 MPa、730 MPa和28%。此外,基于ARDS预测结果,制备了一种性能优异的新型铝合金材料,其UTS为764 MPa、YS为732 MPa、EL为10.1%,进一步验证了ARDS的可靠性。

Mg-Al-Zn合金激光填丝焊接接头的显微组织与力学性能

采用激光填丝焊方法对4 mm厚的Mg-Al-Zn系镁合金进行焊接,采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对接头的微观组织进行分析,并对接头的拉伸性能和显微硬度进行测试。结果表明,接头焊缝区主要由α-Mg基体相和β-Mg17Al_(12)强化相组成。与母材区相比,接头热影响区的硬度有所降低,与该区域的晶粒粗化有关。在激光功率3.0 kW,焊接速度1.5 m/min,送丝速度2.1 m/min的工艺条件下获得的接头,焊缝成形良好,其抗拉强度为315 MPa,与母材的抗拉强度接近。接头拉伸断口上分布着一定数量的韧窝和河流花样,总体呈韧-脆混合型断裂特征。

铸态Mg-9Gd-1.5Zn-xAl合金的显微组织和力学性能

采用铸造法制备了Mg-9Gd-1.5Zn-xAl(x=0、0.3、0.8和1.3 mass%)合金,通过X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜等研究了不同Al含量对Mg-9Gd-1.5Zn合金物相和显微组织的影响,并采用电子拉伸试验机测试了室温下4种合金的力学性能。结果表明:铸态Mg-9Gd-1.5Zn合金的组织由α-Mg基体和沿晶界分布的Mg_(5)Gd和(Mg,Zn)_(3)Gd相组成,加入Al元素后,合金组织中Mg_(5)Gd相逐渐减少,并产生了新相Al_(2)Gd、Al_(11)Gd_(3)和LPSO(Mg_(12)Gd(Al,Zn))。Al元素促进了有效异质形颗粒(Al_(2)Gd)的产生,抑制了晶粒长大,合金的组织明显细化,起到了细晶强化的效果。当Al添加量为0.8%时,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为192.2 MPa、154.8 MPa和16.6%,与不含Al的Mg-9Gd-1.5Zn合金相比,分别提升了47.1%、64.8%和121.3%。

时效处理对不同晶粒组织Al-Zn-Mg合金腐蚀性能的影响

以中强Al-Zn-Mg合金为研究对象,采用晶间腐蚀、电化学极化曲线测试、慢应变速率拉伸等试验,结合OM、TEM、SEM、EBSD等组织分析方法研究时效处理和晶粒组织对合金腐蚀性能的影响。研究结果表明:随着双级时效时间的延长,再结晶晶粒合金的抗腐蚀性能逐渐提升,从欠时效处理到过时效处理,晶间腐蚀等级由4级降为2级,电化学腐蚀电流密度由27.71μA/cm^(2)降为0.098μA/cm^(2),应力腐蚀指数由79.15降至18.40;纤维晶粒合金与同时效阶段的再结晶晶粒合金相比,其抗腐蚀性能显著提升,其中,晶间腐蚀最大深度降低了35.9%,电化学腐蚀电流密度降低了81.4%,年腐蚀速率降低了81.9%,应力腐蚀敏感指数降低了46.2%。中强Al-Zn-Mg合金腐蚀性能的提升主要源于其较低的再结晶分数和较低的大角度晶界占比。

锌镁比对Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金显微组织与耐腐蚀性能影响的研究

通过调整Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金中的Mg元素含量,研究了Zn/Mg比的变化对合金相演变以及腐蚀性能的影响规律。结果表明:Al_(8)Cu_(4)Er相、Al_(3)(Er,Sc)相与含Fe相存在明显的伴生关系,二者依附于含Fe相生长。Zn/Mg比的变化可显著改变三者间的交互形式,高的Zn/Mg比例有利于稀土相独立生长,且在比值为4.18的条件下,Al_(8)Cu_(4)Er相与含Fe相均得到了显著细化。细化的晶界第二相使腐蚀坑深度仅为82μm,而连续的伴生混合相、粗大稀土相等均会不同程度降低合金的耐蚀性能。

LPSO相调控对ECAP挤压Mg-Y-Zn-Al合金组织和力学性能的影响

针对含18R-LPSO相铸态Mg-Y-Zn系合金塑韧性差、变形后力学性能提高有限的问题,研究了固溶、铸态+ECAP挤压和固溶+ECAP对Mg-3.74Y-1Zn-0.5Al(at%)合金力学性能的影响。结果表明,固溶处理诱发18R→14H-LPSO相转变、Al(Y,Zn)相化合物颗粒破碎细化,改善了合金的塑性,但强度几乎不变。铸态+ECAP挤压导致18R-LPSO和Al(Y,Zn)相破碎,并诱发大量α-Mg晶粒发生再结晶。固溶+ECAP挤压使14H-LPSO相弯曲或扭折变形、细小Al(Y,Zn)颗粒均匀分散,仅少数α-Mg晶粒发生再结晶,其强度、塑韧性远高于铸态+ECAP挤压合金的。良好强度、塑韧性匹配的14H-LPSO相的大量形成、α-Mg基体再结晶被抑制及细小Al(Y,Zn)颗粒的均匀分散是其性能提高的主要原因。

含不同初始织构的Mg−Gd−Y−Zn−Zr合金热轧板材的显微组织和力学性能

通过光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜和拉伸试验研究含不同初始织构的Mg−4.7Gd−3.4Y−1.2Zn−0.5Zr(质量分数,%)合金热轧板材的显微组织和力学性能。结果表明,初始织构为0001//RD(板材轧向)的板材获得相对较粗的晶粒和双峰基面织构;而初始织构为0001//TD(板材横向)的板材动态再结晶程度更高,因此,获得更细的晶粒尺寸和较强的0001//ND基面织构。此外,在两种板材中均发现沿RD拉长的不规则形状LPSO相,这种LPSO相导致各向异性的承载强化行为,并进一步引起板材的屈服各向异性。对强化机理的分析表明,晶界强化对轧制板材的强化效果最好。由于具有较小的晶粒尺寸和LPSO相带来的承载强化效果,初始织构为0001//TD的板材在RD方向上获得最高的屈服强度。

热处理对压铸Mg-Zn-Al-Mn合金组织及性能的影响

采用压铸成形工艺制备Mg-Zn-Al-Mn合金,研究不同热处理工艺对压铸Mg-Zn-Al-Mn合金力学性能和显微组织的影响。结果表明,压铸态合金采用直接时效处理时,在190℃下直接时效5 h,合金强度达到峰值,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为236 MPa,149 MPa和7.3%。经过固溶处理后,过饱和固溶度提升,大部分第二相颗粒在固溶过程中溶解进镁基体中,即有更大的第二相脱溶析出驱动力。335℃×4 h+190℃×5 h时合金力学性能达到最佳,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为243 MPa,167 MPa和5.1%。浸泡试验表明,经过T6处理后的合金具有最好的耐浸泡腐蚀性能,电化学试验结果显示,T6处理合金具有最小的腐蚀电流密度和最大的高频阻抗弧半径,表明其具有最优的耐腐蚀性能。

Mg-Zn-Y系镁合金的研究现状与展望

镁合金作为“21世纪的绿色工程材料”,在航空航天、汽车、电子等领域具有广阔的应用前景。在诸多镁合金中,Mg-Zn-Y合金由于其独特的组织结构和优异的力学性能而成为研究热点。综述了近年来Mg-Zn-Y合金的研究现状。介绍了Mg-Zn-Y合金的物相与显微组织,主要对其存在的三种平衡相进行了简介,即准晶I相(Mg_(3)YZn_(6))、W相(Mg_(3)Y_(2)Zn_(3))和LPSO-Z相(Mg_(12)YZn);重点综述了主要合金元素(Zn、Y、Zr、Nd、Mn、Ca等)、变形加工处理对其微观组织及强韧化行为的作用规律,并总结了相应的铸态及变形态合金的力学性能。基于已有的研究基础展望了合金的未来发展方向。

铸态Mg-Zn-Y-Zr合金的耐蚀性研究

通过失重法、析氢法、电化学、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)等试验方法,研究了Zn元素对铸态Mg-xZn-0.5Y-0.5Zr(x=0.83%、1.56%和2.80%,质量分数)合金在模拟体液中耐蚀性的影响。研究结果表明:随着Zn含量的增加,3种合金中的W相(Mg3Zn3Y2)含量也增加;Zn元素含量为1.56%和2.80%的合金,沿晶界开始出现了I相(Mg2Zn6Y)。电化学结果表明Zn的添加使得合金的腐蚀电流密度从1.100 mA/cm^(2)降低到0.423 mA/cm^(2)。合金内部的电荷转移电阻从59.95Ω提高到165.35Ω,腐蚀速率降低到9.11 mm/a,此时抗腐蚀产物膜破裂的性能最好。此外,通过研究发现合金的腐蚀产物为MgO、少量ZnO和磷灰石。

热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气环境中的腐蚀行为研究

目的 为详细研究热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气下的腐蚀行为及作用机理,同时为热浸镀Zn-Al-Mg镀层在湿热海洋大气环境中服役提供数据参考。方法 采用腐蚀失重、XRD、SEM、电化学等测试方法对热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气环境下的腐蚀行为进行研究。结果 腐蚀产物主要由Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O组成,腐蚀一段时间后,发现少量ZnO、Zn_(5)(OH)_(6)CO_(3),腐蚀产物具有与锌腐蚀类似的层状结构,1 848 h呈“三明治”型,相比于上下两层暗色物质,中层亮色腐蚀产物富集更多的Cl元素。热浸镀Zn-Al-Mg镀层腐蚀速率大体随时间延长呈上升趋势,只在672~840 h腐蚀速率下降,对比镀锌在模拟环境和锌在湿热大气环境中的腐蚀,热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气中表现出较好的耐蚀性。结论热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气下腐蚀产物演变与腐蚀过程中Mg的参与有关。腐蚀672~840h阶段腐蚀速率下降的原因与腐蚀产物中ZnO的减少和Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O占比增加有关。对比镀锌在模拟环境和锌在湿热大气环境中的腐蚀,预测热浸镀Zn-Al-Mg镀层在严酷湿热海洋大气中仍具有较高的耐蚀性,可以优先考虑作为湿热海洋环境的建设用材。

稀土元素对Zn-5Al-2Mg-0.5Si合金微观组织和性能的影响

为了开发新型高耐腐蚀热浸镀锌合金材料,使用微合金化方法将稀土元素添加到Zn-5Al-2Mg-0.5Si合金中,并对试样的微观组织、腐蚀性能、硬度和腐蚀产物进行了分析和表征。结果表明:稀土元素的加入可以为合金提供异质形核核心,增加形核数目,细化晶粒,提高合金的硬度。另外稀土元素还可以增加电荷转移的阻力,降低腐蚀反应的驱动力,促进腐蚀产物中Zn_(5)(OH)_(6)(CO_(3))_(2)的生成,该物质可能与合金腐蚀性能的提高紧密相关。

均匀化对Al-Zn-Mg-Cu合金第二相与晶粒尺寸的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)表征,研究了均匀化过程中Al-Zn-Mg-Cu合金的微观组织演变。结果表明,铸态合金晶界中存在大量难溶相Al7Cu2Fe及非平衡共晶相Mg(Zn,Cu,Al)2、Al2CuMg相,在经过420℃/8 h的单级均匀化处理后,部分难溶相和非平衡共晶相回溶到基体中,但还存在大量枝晶偏析,继续进行470℃/36 h第二级均匀化后,非平衡共晶组织和枝晶偏析完全消除。合金的平均晶粒尺寸在两个阶段的均匀化中呈现随时间延长而增加的趋势,基体中残留相及共晶组织的面积分数随保温时长增加而减小,第二级均匀化达到36 h时,相面积分数仅为0.34%,表明均匀化已经非常充分。经过均匀化动力学分析,得出在第二级均匀化温度为470℃时,第二相充分回溶所需保温时间约为37 h,与均匀化的实验结果吻合。