稀土镁合金抗高温蠕变性能的研究进展

稀土元素在镁合金中能够细化晶粒尺寸,可以利用其固溶强化和第二相强化机制提高合金力学性能,改善镁合金的抗高温蠕变能力。介绍了镁合金的蠕变机理,以及稀土Y元素、Gd元素、Sc元素和Ce元素对镁合金组织和蠕变性能的影响,综述了目前国内外开发的Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Sc、Mg-Ce等一系列稀土镁合金的研发现状,对稀土镁合金的发展现状给予意见,并对稀土镁合金的发展前景进行展望。     

稀土元素对连续铸挤Al-Mg-Si合金组织性能的影响

目的 制备6201(Al-Mg-Si)加稀土的6种铝合金线材,以获得合金细化的组织,高的强度和导电率。方法 借助光学显微镜、透射电镜、X射线分析、扫描电镜和微机控制的拉伸机等手段,研究稀土元素La, Ce, Y, Sc, Er对连续铸挤6201铝合金微观组织、力学性能和导电性能的影响规律。结果 组织观察发现,Sc对晶粒细化效果最明显,横断面晶粒尺寸小于50 μm,Ce次之,晶粒尺寸为100 μm,添加La, Er的合金晶粒尺寸为100~150 μm,而添加Y的合金晶粒尺寸大于200 μm;对6201合金晶粒细化由强到弱的顺序为：Sc, Ce, La, Er, Y。TEM研究发现,含Ce合金中存在含Si和Ce的第二相颗粒和位错。XRD研究发现,含Ce的合金中,α-Al, Fe3Si, Al12Mg17, SiO2, AlCe3, Ce5Si3相存在。SEM断口观察发现,含Ce合金的断裂机理为韧性断裂。力学性能研究发现,含Sc的试样抗拉强度最高,为245 MPa,含Ce试样次之,为238 MPa,且含稀土元素La, Er, Y的抗拉强度均低于216 MPa,6201合金抗拉强度为192 MPa,说明稀土元素对合金具有强化作用;导电性能研究发现,添加稀土的6201合金的导电率介于43.5IACS%~48.5IACS%之间,含稀土的试样导电率低;稀土元素对导电率影响由高到低的顺序为Y, La, Ce, Er, Sc,其中Sc降低导电率的程度最大。结论 稀土元素对6201合金具有强化作用但对合金的导电率有不利影响。     

合金元素对镁合金耐腐蚀性能影响的研究进展

添加合金元素即合金化是改善镁合金性质、性能的有效途径。总结了基础合金元素(Al、Zn、Mn、Zr等)和微量合金元素(Ce、La、Sc、Er、Nd、Y、Sm、Ho、Gd及混合稀土等稀土元素和Ca、Sr等碱土金属元素以及Pb、Sn、Sb、Si、Hg、Ga等)对合金化镁合金耐腐蚀性能的影响,评述了失重法、电化学方法等合金化镁合金耐腐蚀性能的主要研究方法,指出了当前镁合金合金化及耐腐蚀性能研究中存在的问题和发展方向。     

BaTiO3—R2O3—MgO系介质的稀土掺杂效应

研究了BaTiO03-R2O3-MgO(R=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd,Dy,Ho,Y,Er,Yb)系介质的稀土掺杂效应.结果表明,大半径稀土离子在BaTiO3中形成元素均匀性分布,并促进晶粒的长大;而小半径稀土离子能产生明显的细晶效应,在晶界局部富集而偏析出现焦绿石型第二相晶粒R2Ti2O7.随着镧系收缩,稀土掺杂BaTiO3陶瓷的绝缘电阻率明显提高,而稀土离子在BaTiO3中的固溶度大致呈降低趋势.大半径稀土掺杂材料的ε-T曲线呈现单峰效应且居里点下移,而小半径稀土掺杂材料为双峰效应且居里点上升,△C/C-T稳定性显著提高达到X8R.     

重稀土耐热镁合金的研究现状及发展

重稀土元素在金属镁中有较大的固溶度,且固溶度随温度的降低急剧减小,热处理后固溶强化及时效强化效果明显,因此,重稀土耐热镁合金成为研究的热点。重点介绍了Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Ho几种重稀土耐热镁合金及其研究现状,分析了Y、Gd、Ho重稀土元素的性质,在耐热镁合金中的作用及强化镁合金的机理,总结了重稀土耐热镁合金在应用中存在的问题,并对其发展及应用提出了具体看法。     

稀土在镁及镁合金中的作用

综述了稀土元素在镁合金溶液中去氧化夹杂、除氢和与熔剂的相互作用,以及稀土元素对镁及镁合金的组织、性能、起燃温度、耐蚀性等方面的影响.阐述了RE在镁合金显微组织中细化晶粒、强化晶粒和晶界、提高合金力学性能的机理,以及与氧等元素反应在镁合金表面生成MgO、Al2O3、RE2O3、Mg17Al12组成的致密保护膜和由于Ce、Y、Le等元素的加入形成稀土转化膜对镁合金起燃温度、耐蚀性的作用.并对含稀土镁合金进行了评价与展望.     

稀土元素对原位合成TiB_2/Al复合材料组织和性能的影响

采用原位合成法研究稀土元素Ce,Sc,Er对TiB_2/Al复合材料TiB_2颗粒和基体组织的影响,并对复合材料的拉伸性能进行分析。结果表明,稀土元素的添加显著改善了复合材料的组织和性能。添加0.3%(质量分数)Sc和Er的复合材料的TiB_2颗粒分布相对均匀,稀土元素Er对基体合金的组织细化效果最显著,其次是Sc。添加稀土Sc和Er元素的复合材料拉伸强度较好,分别提高了32%和31%,添加稀土Er元素的复合材料伸长率最佳,提高了85%,因此,其拉伸性能也最佳。添加稀土元素Sc和Er后,复合材料的断裂形式为微孔聚集型的韧性断裂。稀土元素对复合材料的作用机理表现在两方面:一是稀土元素的添加改善了复合材料的润湿性,并抑制了TiB_2颗粒的团聚;另一方面,稀土元素的添加使得基体合金组织细化,从而提高了复合材料的拉伸强度。     

硼与稀土对镁合金作用的研究进展

镁合金作为最轻的工程材料,显示了镁合金在工业中的重要地位。针对硼、稀土在镁合金中的应用,根据国内外的研究现状,分别从硼、稀土对镁合金的细化晶粒、净化合金和耐腐蚀性等作用,探讨了镁合金的力学性能。展望了硼与稀土对镁合金作用的研究方向和发展趋势。     

少量Sc对7055铝合金组织与性能的影响

利用拉伸试验、光学金相、X射线物相分析、SEM及TEM等实验方法,研究了添加0.2%Sc(质量分数)对7055铝合金组织与性能的影响.实验结果表明,添加0.2%Sc可以显著细化7055铝合金铸态晶粒并减少晶界非平衡共晶相数量,促进非平衡共晶相在均匀化退火时的溶解,从而提高合金固溶度;由于Sc的添加可以提高7055Sc合金的溶质原子固溶度、形成更为均匀弥散分布的Al3ScZr粒子、以及抑制变形组织再结晶和有效细化固溶处理后的(亚)晶粒尺寸,因而显著提高7055Sc合金综合力学性能.     

Ce和均匀化对Mg-2.0Zn-1.0Mn镁合金组织和性能的影响

在Mg-2.0Zn-1.0Mn镁合金中添加稀土Ce进行均匀化和挤压实验,分析稀土Ce和均匀化对ZM21镁合金组织和性能的影响规律。结果表明,添加稀土Ce可以有效细化ZM21合金的晶粒,提高ZM21镁合金的力学性能,降低ZM21镁合金凝固过程中的潜热和凝固温度范围。均匀化退火对ZM21镁合金挤压制品的性能和组织影响较小,但对ZM21+Ce镁合金的性能和组织影响明显,两种合金的断口均为混合型断裂,其中ZM21+Ce镁合金倾向于韧性断裂。     

烧结气氛对 Er-Mg和 Er-Mn掺杂 BaTiO3陶瓷介电性能的影响

用固相法制备了Er-Mg和Er-Mn掺杂BaTiO3陶瓷,并研究烧结气氛对其微结构和电性能的影响.XRD显示样品经不同气氛烧结后均是赝立方相,在空气中烧结Er的固溶度约3.0m01%～4.0mol%,但还原气氛会抑制Er在BaTiO3中的固溶度,导致焦绿石相Er2Ti2O7出现.SEM显示Mg能抑制Er2Ti2O7晶粒的长大,而Mn促进此第二相的晶粒生长.研究表明,烧结气氛对受主离子的固溶度的作用将改变壳芯结构中壳/芯体积比,并且Mn离子的价态随气氛变化将移动居里点,从而显著影响电容变化率温度特性.采用适当的气氛烧结能够使两种介质都满足X8R要求.     

电磁搅拌对富Ce混合稀土合金化AZ91D组织结构的影响

用光学显微镜、扫描电镜、电子耗散能谱和X射线衍射仪研究了电磁搅拌对富Ce混合稀土(MM)合金化AZ91D镁合金组织和结构的影响。结果表明,随富Ce混合稀土加入量的增加,初生相细化,β相(Mg17Al12)的相对量降低,尺寸减小,由连续网状向分离的球粒状转变。形成的Al11MM3化合物数量增多,由主要以短棒状在晶内和晶界分布向大的针状在晶界分布过渡,甚至在晶界成簇聚集。强电磁搅拌作用下,随等温搅拌温度降低,初生相尺寸变小,其形貌由球粒状加少量的玫瑰状向类球状和多边形演变;Al11MM3以类球状和细小的针状分布于晶粒和液相中。富Ce混合稀土可显著细化晶粒,改善β相的形貌和分布,降低体积分数;改变富Ce混合稀土含量可控制Al11MM3化合物的形貌和分布。电磁搅拌可同时使初生相和第二相Al11MM3细化和球粒化。     

微量硼添加对镁合金组织和性能影响的研究进展

在21世纪的今天,由于石油、煤炭等资源的过度开发与使用,人们对节能减排的重视程度越来越高,轻质结构材料也因此受到越来越多的关注。镁合金作为最轻的金属结构材料,具有良好的阻尼减震特性、电磁屏蔽性以及比强度、比刚度高等优点,在航空航天、3C产品、汽车等领域表现出了极大的应用潜力。但是镁合金的综合力学性能和耐腐蚀性能还有待进一步提高。晶粒细化可以同时提高金属的强度和塑性,因此开发出一种高效、低成本的晶粒细化剂是改善镁合金综合性能的重要途径。现在常用的镁合金晶粒细化剂通常有Zr、Si、稀土类元素以及含碳变质剂等。其中Zr与Al共存会恶化其晶粒细化作用,因此Mg-Al系的合金不能采用Zr作为晶粒细化剂,Zr的应用极为有限;Si的大量使用则会使Mg合金中生成粗大的Mg_2Si相,恶化其力学性能,即使少量加入,也会大大降低镁合金的耐腐蚀性能;稀土通常开采成本较高,密度较大,不仅大大增加了使用成本,而且会削弱镁合金的轻量化优势,因此阻碍了其应用推广;含碳变质剂通常对大多数Mg-Al系合金有着较好的细化晶粒的效果,但是诸如CCl_4、C_2Cl_6等会造成一系列环境问题,而且碳的引入会加剧镁合金的腐蚀速率。B作为轻元素,其本身具有密度小、熔点高以及耐腐蚀性强等特点,早在铝合金中就常用作孕育剂和晶粒细化剂。近些年来,有许多研究者对硼化物进行深入的研究,发现B可以与绝大多数金属形成化合物,且晶格类型大多为密排六方结构,且与镁合金的亲和度较强,有潜力成为镁合金中的异质形核剂并有效细化其晶粒。不同含B合金的添加形式对镁合金组织和性能的影响不尽相同,据笔者所知,目前并未有人总结过微量B的添加对镁合金组织和性能的影响及其机理。本文对不同B的添加形式对镁合金组织和性能的影响进行了全面系统的总结和深入探讨,分析了B元素在镁合金中的晶粒细化机制和强韧化效果,最后对B在镁合金中的合金化改性作用前景进行了探讨和展望。认为B是一种在镁合金的开发中有较大研究和应用价值的元素,尤其是在Mg-Al系合金中表现出优异的晶粒细化作用。     

稀土Ce和Nd对AZ31镁合金耐蚀性能的影响

采用盐雾腐蚀和动电位扫描研究了稀土元素Ce、Nd对AZ31镁合金耐腐蚀性能的影响.采用数码相机、金相显微镜和扫描电镜观察及定量金相分析系统测量分析了样品的腐蚀程度,并采用恒电位仪测量了动电位扫描极化曲线.结果表明,盐雾腐蚀试验中,合金试样腐蚀面积百分数随时间延长呈直线上升,添加稀土Ce和Nd后腐蚀速率降低50%以上.在电化学试验中.添加稀土后合金腐蚀电流密度降低了1/3～1/2.稀土可以起到提高α(Mg)固溶体耐蚀性能的作用,还可以形成含稀土的第二相并使AZ31合金中的β(Mg17Al12)相均匀分布,发挥其阻碍腐蚀的作用,从而最终提高AZ31镁合金的耐蚀性能.     

稀土Y和Sm对AZ91D镁合金组织与性能的影响

采用控制变量法研究单一稀土Y和复合稀土Y,Sm元素对AZ91D镁合金微观组织与力学性能的影响,分析稀土元素对AZ91D合金的细化机理。结果表明：复合添加稀土Y和Sm对AZ91D合金的作用效果明显好于单一添加稀土Y对AZ91D合金的作用效果,添加Y和Sm后,生成了块状相Al₂Y相和针状相Al₂Sm相,可以作为α-Mg的有效异质形核点。当加入量为0.8%（质量分数,下同）Y+1.0% Sm时,α-Mg晶粒尺寸最为细小,分布最为均匀,其合金的硬度、抗拉强度及伸长率分别为67.42HV,153.37 MPa和3.62%,改善了铸态AZ91D合金的室温力学性能,但是超过这个最佳添加量后,合金的室温力学性能开始下降。     

往复挤压高韧Mg-Zn-Y合金

将铸态Mg92.5Zn6.4Y1.1镁合金往复挤压2,4,8,12不同道次,然后分别正挤压制成φ12mm的棒材.采用OM,XRD及DTA研究了往复挤压不同道次镁合金的组织和力学性能.研究表明,铸态Mg92.5Zn6.4Y1.1镁合金往复挤压后,组织得到显著细化,力学性能得到大幅度提高,获得了高强韧镁合金.2道次后,晶粒约5μm,拉伸强度超过300MPa,伸长率高达20%.继续增加往复挤压道次,晶粒细化和拉伸性能提高均不明显,当往复挤压12道次时,拉伸强度明显降低,而伸长率达到23%.Mg92.5Zn6.4Y1.1镁合金的伸长率大幅度提高归因于在往复挤压过程中,铸态组织中的缩松、缩孔等缺陷闭合和成分偏析非均匀相的分布均匀化,以及晶粒的破碎、回复和动态再结晶所引起的晶粒细化及材料的流动,最终获得完全致密、细小而均匀的等轴晶组织.     

析出相对稀土镁合金腐蚀行为的影响

镁合金由于密度低、比强度高、电磁屏蔽性能良好而广泛应用在航空航天、汽车、数码等重要领域,但其较差的腐蚀性能使进一步应用受到限制。稀土元素原子的晶体结构与Mg原子相同,在α-Mg中具有较大的固溶度,形成的金属间化合物第二相可细化合金晶粒,同时加入稀土元素可改变腐蚀层结构,进而可以有效地改善镁合金的耐腐蚀性能。通过X射线荧光光谱仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、电化学站测试、原子力显微镜等测试设备,表征了Mg-3.4Y-3.6Sm-2.6Zn-0.8Zr合金在3.5%NaCl溶液(质量分数)中的腐蚀速率和腐蚀形貌,研究了析出相对稀土镁合金腐蚀行为的影响。结果表明,稀土元素Y和Sm在镁合金中形成了(Mg, Zn)₃(Y,Sm)和Mg₁₂(Y,Sm)Zn 2种析出相,在合金腐蚀过程中(Mg, Zn)₃(Y,Sm)相最先被腐蚀,随后是α-Mg基体和Mg₁₂(Y,Sm)Zn相。析出相在合金腐蚀过程中形成了均匀的腐蚀产物膜层,增大了合金的电化学阻抗值,腐蚀产物膜层对合金起到了保护作用,有效地降低了合金的腐蚀速率。     

镁及其合金铸造组织的细化

镁合金的晶粒尺寸和沉淀物的形貌及大小影响其性能和使用范围。根据合金的种类加入不同的孕育剂或少量的合金元素可显著细化镁合金的铸造组织。总结了常用铸造镁合金组织细化所采用的方法及可能的细化机理。     

Nd、Y对AZ31镁合金热轧退火薄板耐蚀性的影响

为提高AZ31镁合金热轧退火薄板的耐蚀性,本实验在合金中分别添加单一Nd和复合Nd+Y稀土元素,采用盐雾腐蚀和电化学腐蚀实验方法对其耐蚀性展开研究,并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪对合金和腐蚀产物的微观组织及结构进行观察分析。结果表明:添加稀土元素Nd、Y后,AZ31镁合金表面可形成更为耐蚀的含有稀土氧化物Nd_2O_3的腐蚀产物膜,提高对基体的保护作用;添加Nd、Y元素的AZ31镁合金中新的耐蚀相Al_2Nd和Al_2Y析出,有害相β-Mg_(17)Al_(12)减少,使合金自腐蚀电位正移,腐蚀电流密度减小,腐蚀速率减缓,耐蚀性明显提高;复合添加Nd+Y比单一添加Nd更有利于提高AZ31镁合金的耐蚀性,且添加量为0.5%Nd+0.5%Y时合金的耐蚀性能提高最为显著。     

稀土镧镁合金的研究进展

镁合金材料被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”,而稀土镧作为一种重要的合金化元素,其具有改善镁合金的铸造性能,显著细化晶粒,提高镁合金力学性能和耐腐蚀性能的作用。本文综述了稀土镧对镁合金显微组织、力学·挂能及耐腐蚀性能的影响。