Mg-Al-Y合金中Al-Y金属间化合物的相稳定性、弹性和热力学性质的第一原理计算

通过基于密度泛函理论的第一原理计算方法,对Mg-Al-Y合金中的主要强化相,即Al_2Y和Al_3Y的相稳定性、电子结构、弹性性质以及热力学性质进行计算。相生成热的计算结果表明:Al_2Y和Al_3Y均可稳定存在,Al_2Y的结构稳定性更强,因此,在合金的凝固过程中,Al_2Y优先析出。Al_2Y和Al_3Y的电子态密度(DOS)和差分电荷密度计算的结果表明:Al_2Y和Al_3Y两相可以稳定存在的内在本质在于Al原子与Y原子的价电子轨道发生强烈的相互作用,形成了spd杂化。两相内的原子成键均为共价键、离子键和金属键。体模量B、剪切模量G、弹性模量E、泊松比v和各向异性因子A等力学性质参数的计算结果表明:这两种相为强硬的脆性相并都为各向同性,因此,具有相似的强化效果。两相熔点较高表明其具有很好的热稳定性,能够提高合金的高温性能。声子谱和声子态密度计算以及德拜温度的计算结果进一步验证了两相具有结构稳定性较高。两相的热力学性质符合一般热力学规律,其中自由能的计算结果表明:两相的稳定性顺序没有发生变化。随着温度的升高,Al_2Y的结构稳定性仍强于Al_3Y的。

Hot compression deformation behavior of the Mg-Al-Y-Zn magnesium alloy

The hot deformation behavior of a Mg-Al-Y-Zn magnesium alloy was investigated by hot compressive testing on a Gleeble-1500 thermal simulator at the temperature ranging from 523 to 673 K with the strain rate varying from 0.001 to 1 s^-1. The relationships among flow stress, strain rate, and deformation temperature were analyzed, and the deformation activation energy and stress exponent were calculated. Microstructure evolution of the alloy under different conditions was examined. The results indicated that the maximum value of the flow stress increased with the decrease of deformation temperature or the increase of strain rate. Under the present deformation conditions, dynamic recrystallization （DRX） occurred in the alloy, which was the main softening mechanism during deformation at elevated temperature. The deformation temperature and strain had significant effects on the microstructure of the alloy.

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。

Y元素对铸态 Mg-Al-Ca-Mn合金组织与耐腐蚀性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、XRD分析、腐蚀试验和电化学测试等研究了Mg-4Al-3Ca-0.7Mn-xY(x=0、0.8、1.5)铸态合金的微观组织与耐腐蚀性能。结果表明:未添加Y的Mg-4Al-3Ca-0.7Mn合金组织由α-Mg、Al2Ca相、Mg2Ca相组成。添加0.8wt%Y后,合金组织中晶粒得到明显细化,析出相变得细小,Al2Ca相、Mg2Ca相数量减少,并有Al2Y相生成。Y含量增加到1.5wt%时,合金晶粒细化效果不明显,大量Al2Y相聚集在晶界处呈网状分布。添加适量的Y可提高Mg-4Al-3Ca-0.7Mn-xY合金的耐腐蚀性,Y添加量为0.8wt%时,该合金的耐腐蚀性最佳。

超声振动对含LPSO结构的Mg_(98)Y_(1.0)Ni_(0.5)Al_(0.5)合金显微组织与力学性能的影响

低Y、Ni含量的LPSO结构增强镁合金具有低成本、优异力学性能的特点。为进一步提升其综合力学性能,掺杂Al元素及熔体超声振动处理是可行的途径。通过扫描电子显微镜、能谱分析、透射电子显微镜、X射线衍射和纳米压痕测试研究掺杂Al元素后低Y、Ni含量的Mg_(98)Y_(1.0)Ni_(0.5)Al_(0.5)合金的显微组织,对比超声振动对显微组织与力学性能的影响。掺杂Al后LPSO结构的含量降低,且在块状LPSO结构相邻处析出圆整的Al_(2)NiY相。Al_(2)NiY相与LPSO结构和Mg基体在界面处均不共格。通过对熔体施加超声振动处理后,Al_(2)NiY相被有效细化为短片状,并均匀分布在基体中,阻碍微裂纹的产生和扩展,从而提高Mg98Ni0.5Y1.0Al0.5合金的力学性能。与未经超声处理Mg_(98)Ni_(0.5)Y_(1.0)Al_(0.5)合金相比,其极限抗拉强度和伸长率提升至187 MPa和7.9%,分别增长21.4%和105.7%。

Mg-Al合金价电子结构及合金元素对力学性能影响的研究

着重于Mg-Al合金性能在价电子方面的研究.如何掌握、控制和改善Mg-Al合金的各种性能,在对Mg-Al合金相的电子结构与力学性能的关系以及在加入不同的合金元素导致合金化时的情形进行了讨论.借助余氏EET理论和程氏改进的TFD理论及合金成分设计价电子理论,通过C语言编程的计算机软件分别计算了纯Mg、纯Al、Mg-Al合金基体相及三元合金Mg-Al-Y的价电子结构,研究了不同的价电子结构参数如何影响力学性能,分析讨论了不同的合金元素对Mg-Al合金力学性能的影响.

稀土Y对Al-10Mg合金显微组织和性能的影响

研究了添加少量稀土Y及固溶处理对Al-10Mg合金显微组织、力学性能和耐蚀性能的影响。结果表明,Y的加入能细化铸态合金的晶粒,形成Al4MgY相,沿晶界不连续分布,起到很好的晶界强化作用,从而提高合金的抗拉强度和伸长率。当Y的含量为0.4%时合金具有最佳的综合力学性能,抗拉强度达到261.8MPa,伸长率为4.3%。当Y含量超过0.4%时,Al4MgY相开始沿晶界连续分布,降低了晶界的结合强度,合金的强度和韧性下降。不含Y的合金拉伸测试时,出现典型的枝晶间脆性断裂,加Y后断裂机制转变为韧性断裂,因此合金韧性大大提高。固溶处理后合金的耐蚀性能好于铸态的,随着Y含量的增加,合金的腐蚀倾向变大,Y对合金的耐蚀性能是不利的。

Si、Y对铸造Mg-Zn-Al合金组织性能的影响

研究了Si、Y对Mg-Zn-Al合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:Si、Y均能提高合金的抗拉强度和硬度,特别对高温抗拉强度的提高效果更为明显。合金强度的提高主要得益于组织中析出相的弥散强化作用。Mg-6.0Zn-1.5Al-0.15Mn-1.2Si-0.5Y铸造镁合金的显微组织主要由α(Mg)基体、β(MgZn)相、λ(Mg2Si)相和ω(SiY)相组成。

Al-Si-Mg-Y合金消失模铸造振动压力凝固的组织与性能

应用消失模铸造振动压力凝固成形技术制备了Al-7Si-0.8Mg-0.3Y(ASMY)合金。通过SEM、XRD、DSC和TEM等测试方法对其铸态和T6组织进行分析,研究其对力学性能的影响。结果表明:在ASMY合金铸态组织的晶界处生成有少量Al3Y短棒状颗粒相;在T6热处理过程中,稀土Y或Al3Y阻碍Mg2Si相的析出和扩散聚集,使析出相Mg2Si呈弥散分布;Mg2Si相与晶界稳定相Al3Y对合金同时起到钉扎强化作用;采用消失模铸造振动压力凝固技术后,铝合金的孔隙率显著降低,从1.1%降低0.18%;ASMY合金消失模铸造振动压力凝固试样T6态的抗拉强度达到308MPa,比A356普通消失模试样T6态的抗拉强度提高29%。

Sb、Y、Nd元素对Mg-6%Al合金显微组织的影响

本文主要研究了Sb、Y和Nd元素复合添加时对Mg-6%Al合金铸态组织的影响。研究结果表明,Sb、Y和Nd元素对Mg-6%Al合金组织均有细化作用,当元素复合添加0.5%Y+1.0%Nd时,晶粒平均直径由102.04!μm细化至57.47!μm,细化效果最为显著。经测试分析,Sb、Y、Nd与合金中镁铝元素形成热稳定性较高的金属间化合物Mg3Sb2、Al2Y和Al2Nd,各相在α-Mg晶粒内和晶界均有分布,在凝固期间,首先析出并成为α-Mg的异质核心,细化了合金的铸态组织。

5wt%YAl_2p/Mg-Li复合材料的组织与性能的研究

采用搅拌铸造法制备了5wt%YA l2p颗粒增强Mg-14L i-1A l合金基复合材料,研究了YA l2p/Mg-14L i-1A l复合材料的界面、组织特征,并对基体合金和复合材料的室温力学性能进行了测试。组织分析表明,YA l2p增强颗粒在基体合金中分布均匀,界面结合良好,未发现明显的团聚现象,也未观察到化学反应或明显的原子扩散。复合材料的室温拉伸强度为189 MPa,较基体合金提高了约45.3%,而塑性得到了良好的保持(7%)。

在ZM5上预置Al-Y粉末激光合金化的研究

为了提高镁合金耐海水的腐蚀抗力,使用CO2激光对在ZM5上预置不同厚度的Al-Y粉末进行激光合金化。激光合金化后,对涂层的显微结构和显微硬度进行了研究。对所得样品进行浸泡腐蚀实验。结果表明,涂层的相组成为Mg17Al12、Al2Y、Al和Mg。当粉末预置厚度增加时,合金化层中的Al2Y比例增加,Mg17Al12比例随之减少。粉末预置厚度不同,得到的合金化层有三种不同的几何形状,合金化层几何形状在微观上同稀释率相对应。实验得到冶金结合的界面。由于快速凝固过程而获得细小的、白色的具有不同形状特征的含稀土相。涂层的硬度可达到250～325 HV,而基材的硬度仅为80～100 HV。同基材相比,激光处理后,涂层的耐蚀性得到显著提高。

热处理工艺对Mg-7Al-xY镁合金组织及性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、X线衍射分析和维氏硬度测试仪等手段,研究热处理工艺对Y变质的Mg-7Al合金微观组织及硬度的影响。结果表明:T4工艺处理后β-Mgl7A112相几乎全部溶入α-Mg基体中,而高熔点的稀土化合物Al2Y相在试验温度下不能分解和固溶;T6工艺处理使β-Mgl7A112相以层片状和点状共存的方式再次析出,改善了其原本粗大的网状形貌,时效温度越高,β-Mgl7A112相的层片状析出量越少,且Y的加入会抑制和推迟β-Mg17A112相的析出;Mg-7Al-xY合金最佳热处理工艺为400℃×8 h+200℃×6 h,当Y的质量分数为0.5%时,合金的硬度由铸态的62.2HV升高到时效态的85.95HV,比铸态提高了23.75%。

Y-Mg-Al-F催化剂用于1,1,1,2-四氟乙烷裂解制备三氟乙烯

采用沉积沉淀法制备了Y-Mg-Al-F催化剂,应用XRD、NH3-TPD和Raman光谱等技术手段对催化剂进行表征,并与AlF3催化剂作比较,且将催化剂应用于四氟乙烷(HFC-134a)裂解制备三氟乙烯反应中。结果表明,1100℃焙烧的Y-Mg-Al-F催化剂具有较高的活性和反应稳定性。反应温度400℃时,四氟乙烷转化率大于25%。催化剂表面酸性和积碳是影响催化剂活性和稳定性的主要因素。

Y对Mg-5Al-1.2Zn-0.8Sb合金组织和性能的影响

在熔炼Mg-5Al-1.2Zn-0.8Sb合金过程中,以Mg-10Y中间合金形式加入0～2.5%的(质量分数,下同)稀土元素,研究了不同添加量的Y元素对显微组织、力学性能及腐蚀性能的影响。实验结果表明:经过适量稀土Y微处理后的合金具有细小均匀的铸态组织,晶粒尺寸维持在30μm左右。Y元素从0变化到2.5%过程中,合金室温抗拉强度在0～1.5%范围内增加,在1.5%～2.5%范围内降低,而高温强度则一直呈现升高趋势。稀土Y对合金的腐蚀性能具有改善作用,当Y含量为1.0%时合金耐蚀性能较好,过量加入Y元素对腐蚀性能有负面影响。

Mg-Sr-Al-Y合金的微观组织结构与高温压缩变形行为

为改善镁合金耐热性能,以Mg-Sr-Y三元合金为基础,采用"熔-浸"还原法,制备Mg-Sr-Al-Y合金。借助XRD、OM、SEM、TEM和带有加热装置的万能拉伸试验机等手段,研究分析了Mg-Sr-Al-Y合金的显微组织、力学性能和高温压缩变形机制。结果表明:Mg-Sr-Al-Y合金由α-Mg、Mg17Sr2和Al2Y相组成;Mg-Sr-Al-Y合金的流变应力随压缩温度升高而降低,随应变速率增大而提高;应变速率较低时,Mg-Sr-Al-Y合金再结晶较为明显。该研究通过添加金属Al,明显改善了Mg-Sr-Y合金的显微组织,提高了Mg-Sr-Al-Y合金的高温压缩性能。

热处理制度对Mg-Y-Al-Si-O-N玻璃析晶行为的影响

分别研究核化温度、核化时间和晶化温度对Mg8.88Y5.92Al10.15Si15.22O52.65N7.19(摩尔分数,%)氧氮玻璃析晶行为的影响。此外,还对比研究了两步和一步热处理制度对此玻璃析晶行为的影响。用DSC曲线初步确定玻璃成核和晶化温度范围,再用传统方法确定玻璃的最佳热处理制度;用X-射线衍射仪鉴定微晶玻璃中的物相;用扫描电镜观察微晶玻璃的微观结构。结果表明:对于此组成玻璃,热处理制度严重影响微晶玻璃的析晶度和微观形貌,但对析出相的种类影响较小;所制备的微晶玻璃中均含YMgSi2O5N(48-1632)、MgSiO3(19-0768)和Mg3Al2(SiO4)3(15-0742)相,其中YMgSi2O5N为主晶相,呈棒状。

稀土元素Y对Mg-Al-Zn合金组织及电磁屏蔽性能的影响

采用普通铸造法制备不同Y含量的电控箱体用Mg-Al-Zn合金,借助于光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、以及法兰同轴测试仪等仪器,观察了合金的显微组织,测试了力学性能和电磁屏蔽性能。结果表明,添加Y后,镁合金中形成了Al_2Y化合物,第二相由较为粗大的枝晶状变成弥散分布的块状和颗粒状;当Y的添加量为0.7%时,组织细化效果好,性能也较优,硬度为53.08 HB,抗拉强度达220 MPa,伸长率最高达9.7%,电导率达到15.7%IACS。

稀土Y对AlSi7Cu2Mg合金高温性能的影响

利用高温拉伸力学性能测试仪、扫描电镜(SEM)和DTA等测试分析手段,研究不同含量Y对AlSi7Cu2Mg合金的高温力学性能的影响。结果表明:随温度的升高,Y含量为0.15%(质量分数)的AlSi7Cu2Mg合金的强度及伸长率均呈下降趋势;随着Y含量的增加,AlSi7Cu2Mg合金在250℃的高温强度(抗拉强度和屈服强度)和伸长率先增加后降低;Y含量为0.1%的AlSi7Cu2Mg合金的高温力学性能最高,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为275 MPa、240 MPa和12.4%;微量Y对AlSi7Cu2Mg合金的强化作用主要是其对Si相的变质细化作用,在Y含量为0.1%时,Si相获得最佳的变质效果。

Al-Mg-Si系合金中稀土Y与Si的叠加作用分析

在熔炼过程中以Al-Y中间合金形式加入0．3％稀土Y，研究了Y与Si的叠加作用对Al-Mg-Si系合金铸态组织、导电性能及拉伸性能的影响。结果表明：Y与Si的叠加效应明显，二者的联合作用使合金铸态组织均匀细小，品粒尺寸保持在50μm左右。Si元素9,0-37％变化到0．53％过程中，合金的导电性能先升高后降低，Si含量在0．45％时材料的导电率较高。在Y与si的复合作用下，Al-Mg-Si系合金的室温强度和耐高温性能得到改善，Si元素在0．45％～0．49％变化时，材料的强度和塑性达到良好配合。