AZ91 Mg-Al合金中β-(Mg_(17)Al_(12))析出相的形态及其晶体学特征

应用透射电镜研究了时效ＡＺ９１ Ｍｇ－Ａｌ合金连续析出相的显微组织形态及晶体学特征。发现四种不同形态和晶体学特征的β－（Ｍｇ１７Ａｌ１２）析出相，其中占绝大多数的是板条状析出相沿基面（０００１）α析出的板条析出相与基体保持Ｂｕｒｇｅｒｓ位向关系，生长方向为［７， ２，９，０］；其晶体学特征与由不变线应变原理预测的完全一致。第二类析出相是以其轴线与基面垂直的六棱柱体，六个棱柱面都是｛１１００｝α／／｛１１０｝β，与基体保持对称性好的Ｃｒａｗｌｅｙ位向关系。另有少量短棒状析出相与基体保持Ｐｏｒｔｅｒ位向关系。实验中还观察到一种未见报道过的位向关系。讨论了形成不同形态和晶体学特征的机制。

固溶温度对AZ80镁合金析出相β-Mg_(17)Al_(12)及性能的影响

采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及拉伸试验等研究了铸态AZ80镁合金经不同固溶温度保温处理后析出相β-Mg17Al12及性能变化。研究表明,随固溶温度的升高,AZ80镁合金晶界及枝晶间的粗大网状β-Mg17Al12相由于溶解而逐步减少,有呈不连续、细小颗粒状均匀分布在α-Mg基体内的一次析出相β-Mg17Al12出现;由于析出相β-Mg17Al12的数量减少、细小颗粒化,降低了析出相强化的作用,使材料的整体硬度HB明显下降,抗拉强度和伸长率显著提高,屈服强度只有少量下降。

AZ91 Mg-Al合金中γ-Mg_(17)Al_(12)析出相的多重位向关系及{112}_(γ)伪孪晶关系

应用透射电镜(TEM)研究了时效AZ91 Mg-Al合金中三种形态的γ-Mg_(17)Al_(12)析出相(bcc)的多重位向关系及析出相颗粒间的{112}_(γ)伪孪晶关系.这三种板条状、六棱柱状或短棒状的析出相分别与Mg基体(hcp)保持Burgers,Crawley和Porter位向关系;在同种析出相颗粒之间或异种颗粒之间能形成不具有孪晶结构特征的{112}γ伪孪晶关系.从晶体学角度解释了这种多重位向关系及伪孪晶的生成机制.并从单个析出相与基体间的匹配程度解释了这三种析出相的析出密度存在较大差别的原因.

球化处理对AZ80镁合金析出相β-Mg_(17)Al_(12)及力学性能的影响

采用场发射扫描电镜(FESEM)、光镜(OM)、X射线衍射(XRD)、布氏硬度及拉伸实验等方法研究了球化处理对AZ80析出相β-Mg17Al12及力学性能的影响。结果表明:铸态AZ80合金经过415℃保温24 h随炉缓冷的退火处理后,晶间粗大的网状共晶β相消失,得到细小层片状脱溶β相均匀分布于α-Mg基体的平衡组织,且片层状间距致密。球化处理中,层片状β相以自身溶断方式实现球化;经300℃球化处理后镁基体上弥散分布大量细小颗粒状β相,继续升温,颗粒状β相发生二次固溶,数量减少。球化处理后合金的屈服强度、抗拉强度最大达135.4 MPa和258.7 MPa,较铸态合金分别提高了19.1%和59.6%,伸长率由铸态的4.96%上升至9.88%。布氏硬度HB随球化温度的升高呈现先增高后降低的变化规律,且均高于铸态合金。

室温压缩AZ91镁合金显微组织及β-Mg_(17)Al_(12)相析出动力学

对常温压缩粗镁直接熔炼AZ91镁合金时效处理后的组织及β-Mg17Al12相析出动力学进行研究。结果表明:AZ91镁合金在常温压缩过程中出现大量的孪晶,为β-Mg17Al12相的析出提供了大量的形核基底;时效时β-Mg17Al12相优先在晶界、孪晶界析出,尤其易在孪晶与晶界、孪晶交接处析出并长大,且孪晶内析出的β-Mg17Al12相与α-Mg基体保持一定的位向关系;时效时间越长,析出的β-Mg17Al12相越多,温度越高,析出定量β-Mg17Al12相所需时间越短;结合实验数据,由JMAK方程计算得到AZ91镁合金析出β-Mg17Al12相激活能为23.8～37.9kJ/mol。

T6处理对AZ91镁合金析出相β-Mg_(17)Al_(12)及断裂性能的影响

采用光学显微镜、场发射扫描电镜、X射线衍射及拉伸试验等研究了T6处理对铸态AZ91镁合金析出相β-Mg17Al12及断裂性能的影响。结果表明:分布在铸态AZ91镁合金晶界的粗大网状β-Mg17Al12相在T4热处理过程中几乎全部溶解,使合金的屈服强度下降,而抗拉强度和伸长率升高,断口形貌为具有一定塑性变形的解理特征;T6热处理后,合金组织中出现不连续析出与连续析出的β-Mg17Al12相,使合金的强度明显提高,而伸长率明显降低,其拉伸断裂方式以沿晶断裂为主。

Sr对AZ81镁合金β-Mg_(17)Al_(12)析出相形态及力学性能的影响

采用OM、XRD、SEM、EDS和电子拉伸试验机研究了Sr对AZ81镁合金β-Mg17Al12析出相形态及力学性能的影响。结果表明,加入0.3%的Sr时,合金中β-Mg17Al12相得到了明显细化,合金中出现颗粒状及杆状Al4Sr新相。随着Sr含量增加,β-Mg17Al12相从连续网状变为不连续网状和块状,且合金常温力学性能在Sr含量为0.6%时达到最高。当Sr含量到0.9%时,β-Mg17Al12相数量进一步减少,Al4Sr相偏聚呈断续网状。AZ81-xSr镁合金经过T6处理后,在α-Mg相晶界及晶内析出了大量层片状或针状、点状β-Mg17Al12相,合金力学性能得到显著提高。随着Sr含量增加,晶界上不连续析出的β-Mg17Al12相层片间距减小,晶内连续析出的β-Mg17Al12相减少。

Mg_(17)Al_(12)相Ca合金化结构稳定性的第一原理研究

采用第一原理赝势平面波方法,计算了Mg17Al12相Ca合金化前后的能态与电子结构。计算结果显示:当Ca分别置换Mg17Al12相中Mg(Ⅰ)、Mg(Ⅱ)和Mg(Ⅲ)原子时,(Mg17-xCax)Al12相(x=0,1,4,12)的负生成热逐渐升高、结合能逐渐增大,表明Ca置换Mg17Al12相中Mg(Ⅲ)原子时其Ca合金化能力最强,合金化后形成的(Mg5Ca12)Al12相结构稳定性最高。电子态密度(DOS)分析结果表明:Ca合金化后Mg17Al12相结构稳定性升高的主要原因是由于合金化后来自Al(p)和Ca(s)的价电子使其在低能区的成键电子数增多。

Mg_(17)Al_(12)相在AZ61镁合金半连续铸锭中的分布特性

通过图像分析技术定量分析Mg17Al12相的大小和面积密度,并采用光学显微镜和扫描电镜观察Mg17Al12相在AZ61镁合金半连续铸锭的边部与心部形貌及分布上的差异。结果表明:枝晶形态可以控制Mg17Al12相的大小和分布,枝晶越发达Mg17Al12相形态越细小分布越弥散。铸锭心部的Mg17Al12比边部的细小弥散并且主要分布于枝晶间而边部的Mg17Al12相主要群聚分布在晶界处,这与普通的永久模铸的结果相反。随着冷却速率增加,Mg17Al12相在共晶中所占比例增加,铸锭边部Mg17Al12相的面积密度比心部的高。另外固相反扩散对心部的Mg17Al12相的面积密度也有影响。

单相Mg_(17)Al_(12)在NaCl溶液中的腐蚀行为研究

主要研究单相Mg17Al12在质量分数为3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。采用气体保护炉按原子比Mg∶Al=17∶12制备Mg17Al12单相合金,利用XRD检测铸态合金的成分。通过极化曲线测试得知单相Mg17Al12的自腐蚀电位为-1 028 mV。浸蚀实验结果表明,单相Mg17Al12具有较好的耐蚀性,氢致开裂对其在溶液中裂纹的形成起主导作用。

添加镍粉球磨对Mg_(17)Al_(12)合金相结构及电化学储氢性能的影响(英文)

研究了Mg17Al12铸态合金和Mg17Al12+x%Ni(x=50～200)球磨复合物的相结构和电化学性能。结果表明,Mg17Al12-Ni复合物的相结构和放电容量主要取决于复合物中镍粉的加入量。加入的镍粉越多,越利于非晶结构的形成,其放电容量就越大。球磨120h的MgAl+200%Ni复合物在303K的放电容量高达658.2mAh.g-1(除去镍粉的质量)。

镁-铝合金中Mg_(17)Al_(12)相形态改善技术的研究现状

综述了改变镁-铝合金中β-Mg17Al12相形态的技术,主要包括:快速凝固、机械形变、合金化处理、熔体搅拌和热处理等。镁-铝合金主要由α-Mg固溶体和β-Mg17Al12相组成,处理前Mg17Al12相呈粗大网状连续分布在晶界,且分布不规则;处理后其形态变得细小均匀,弥散分布在α-Mg基体中。最后根据各种技术的工作原理,对其提出了一些展望,期待这些技术更加成熟,得到更加广泛地使用。

Mg_(17)Al_(12)相电子结构计算与键络分析

基于EET理论,计算了Mg-Al系合金中主要的强化相γ-Mg17Al12的价电子结构,分析了其键络空间分布。Mg17Al12空间键络由Al-Al原子集团主键络、Al-MgIII次键络和Al-MgII、Al-MgI弱键络及MgII-MgIII层状键络组成,其中Al-MgIII原子形成的弱键G是整个键络的薄弱环节。Mg17Al12晶内、晶界弥散析出,钉扎位错运动,阻碍晶界滑移传递的强化作用主要依靠Al-Al原子集团主键络。通过合金化增强Mg17Al12弱键G是改善其热稳定性,提高Mg-Al基合金工作温度的有效途径。

喷射沉积Al12Zn2.4Mg1.1Cu合金析出相的演变研究

采用配备原位加热杆的透射电镜、维氏硬度仪、拉伸试验机对Al12Zn2.4Mg1.1Cu合金时效析出相的演变规律及力学性能进行了研究,并确定了时效处理工艺。结果表明:试验合金经120℃/14 h时效后,晶内主要沉淀相为GPⅡ区;试验合金120℃/28h时效后,主要沉淀相为η'亚稳相和GPII区;拉伸试验表明,试验合金经过485℃/2 h固溶+120℃/14h时效后,其抗拉强度为749.6 MPa,屈服强度为688.5 MPa,且在该状态下合金的断裂方式为穿晶+沿晶断裂。

Mg15Al镁合金ECAP变形过程中β相的碎化机理及动态析出行为

为了改善Mg-Al系合金中β-Mg17Al12相的形态、大小和分布,充分发挥其沉淀强化作用,利用能产生强塑性变形的等通道转角挤压法挤压Mg15Al高铝镁合金;采用XRD、SEM、EDS和TEM研究不同道次ECAP挤压后Mg15Al高铝镁合金中β-Mg17Al12相的演变。结果表明:ECAP强塑性变形能够有效地碎化Mg15Al高铝镁合金中粗大的网状共晶β-Mg17Al12相;随挤压道次的增加,β-Mg17Al12相尺寸逐渐减小,挤压4道次后,网状共晶β-Mg17Al12相被破碎成尺寸在5μm以下的小块,分布得到一定改善;由于高应力与高温的共同作用,挤压2道次后,部分β-Mg17Al12相发生回溶,挤压4道次后,在α-Mg基体中动态析出许多尺寸在200 nm以下的粒状β-Mg17Al12相。

球磨Mg_(17)Al_(12)纳米晶/非晶合金的微结构和储氢性能

采用镁粉和铝粉为原料,通过高能球磨方法制备了Mg17Al12纳米晶/非晶储氢合金,系统研究了球磨时间对合金微结构和储氢性能的影响.结果表明:球磨时间对Mg17Al12合金的微结构和储氢性能有显著影响,随着球磨时间t从10 h延长到100 h,合金发生从晶态(t≤50 h)到纳米晶态(t=70 h)再到非晶态(t=100 h)的结构转变;样品的平均颗粒尺寸随着球磨时间的增加先减小后增大;球磨时间为30、70和100 h后的Mg17Al12合金在350℃时的最大储氢量(氢的质量分数)分别为4.03%、4.27%和4.18%,而相同条件下铸态Mg17Al12合金的最大储氢量只有2.85%;球磨时间为70 h的Mg17Al12纳米晶合金在200、280和320℃的储氢量分别为1.07%、3.02%和4.07%;球磨时间为100 h的Mg17Al12非晶合金在200℃时30 min内的吸氢量(氢的质量分数)可达到2.84%,分别为相同条件下纳米晶合金和铸态合金的2.7倍和5.1倍.

Mg_(17)Al_(12)氢化物的水解放氢性能研究

金属Mg和Al都是水解制氢原料的最佳候选之一,但存在制粉难、氢化难、产氢量低等问题。而金属间化合物Mg17Al12易粉化和氢化,并且氢化产物(MHA)的水解产氢量高达13.6%(质量分数)。研究了溶液pH值对Mg17Al12氢化物水解放氢性能的影响。结果表明,Mg17Al12氢化物只能在强酸溶液中才能放出理论氢量,在其它条件下只能实现部分水解放氢。而采用球磨的方法在MHA中添加盐也能显著地提高Mg17Al12氢化物的化学活性。研究结果表明,Mg17Al12氢化物与MgCl2质量比为1时,该复合物球磨1h后在70℃下水解反应1h后,产氢率达到90%。

LaH_3稀土催化及球磨时间对Mg_(17)Al_(12)氢化物水解性能的影响

金属间化合物Mg17Al12具有易粉化、氢化等优势,其氢化产物可作为原料用于水解制氢,1g Mg17Al12氢化物(记为MHA)可以产生1510.8mL的氢气,但纯MHA水解性能较差,需对其进行改性。研究了MHA中添加LaH3,测试了该复合体系的水解性能,并研究了球磨时间对复合体系水解性能的影响。研究表明,随着球磨时间的延长,水解性能逐渐变差;当MHA与含LaH3的Mg-La氢化物摩尔比为2∶1时,球磨时间为0.5h的复合体系水解性能最好,加热到70℃反应1.5h后,产氢量达到了90.9%。

Ni添加对Mg_(17)Al_(12)合金吸放氢性能的影响

通过PCT测试及XRD分析研究了添加10%(质量分数,下同)Ni并球磨对Mg17Al12合金吸放氢性能及结构的影响。10%Ni的添加改善了Mg17Al12合金的吸放氢性能。合金在423K下即可快速吸氢,在523K下表现最优的吸放氢性能并具有优异的动力学性能,在15min内吸氢量可以达到2.93%(质量分数,下同),饱和吸氢量达到4.20%。合金在523K下放氢平台压达到0.3MPa,放氢量为3.45%。合金氢化物的生成焓和生成熵分别为–68.37kJ·mol-1H2、–121.42J·(mol-1·K-1)。在Mg17Al12合金添加10%Ni球磨1h后,主相仍然为Mg17Al12相并有少量的Al-Ni金属间化合物相,吸氢饱和后合金的相组成为MgH2、Al以及Al-Ni金属间化合物,放氢后主相为Mg17Al12相,表明Mg17Al12相在吸放氢过程中的相变是可逆的。

添加纳米TiO_2对Mg_(17)Al_(12)吸氢性能的影响

采用高能球磨在Mg17Al12合金中添加纳米级金红石型TiO2,并研究了材料的吸氢动力学性能、结构及微观形貌特征.研究结果表明,纳米TiO2的添加可显著地提高材料的吸氢动力学性能和吸氢量,降低吸氢温度.Mg17Al12合金在573 K及1 150 min的最大吸氢量(质量分数)仅为1.45%,而添加TiO2后,Mg17Al12合金在393 K下可快速吸氢,60 min时的吸氢量达到1.97%,在473 K下15 min内的吸氢量可达到1.68%,饱和时的吸氢量达到了3.94%.X射线衍射分析表明,添加TiO2后,Mg17Al12合金在球磨过程中没有新相生成,但放氢后会出现Al及Al3Ti等相,其中Al3Ti很可能是该反应的催化剂.