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重慶大學《Mater Des》：一種鏑改性的高強高塑鎂合金！

2022-08-29 14:33:58 作者：材料科學與工程來源：材料科學與工程分享至：

日前，來自重慶大學等單位的研究人員成功制備了Mg-8Zn-1Mn-3Sn-1.2Gd-0.2Dy合金，具有良好的抗拉強度和塑性組合。相關論文以題為“A high-strength Mg-8Zn-1Mn-3Sn-1.2Gd alloy with fine MgSnGd particles by Dy modification”發表在Materials & Design上。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127522004488

鎂(Mg)合金密度最低，強重比高，具有良好的導電性和導熱性，具有優良的電磁屏蔽效果。因此，鎂合金是汽車、航空航天、電子等領域最有前途的結構材料之一。鎂合金具有諸多優點，但其絕對強度較低，缺乏有效析出相，室溫成形性較差，限制了鎂合金作為結構材料的應用。

高強度、高韌性鎂合金是今后研究的熱點。為了提高鎂合金的力學性能，包括合金化、變形和熱處理，人們已經進行了數十年的系統研究。稀土合金化是提高鎂合金強度最常用的方法，其強化機制為析出硬化強化和固溶強化。然而，典型的高強度鎂合金具有較高的稀土(RE)添加量(RE> wt%)。例如，Li等開發了一種屈服強度(YS)為470 MPa，伸長率為4.5%的高強度Mg-13Gd合金。Yu等人提到Mg-11.7Gd-4.9Y-0.3Zr合金，在所有Mg-RE合金中屈服強度最高(500 MPa)，但伸長率僅為2.5%。這些合金強度高，塑性低，稀土含量高，成本高。低合金化條件下的高性能鎂合金是目前研究領域的熱點。Mg-Zn-Mn-Sn合金以其較高的抗拉強度和較低的生產成本在該領域引起了廣泛的關注。Chen等人通過添加Sn對Mg-Zn-Mn-Ca合金的力學行為進行了研究，得到了抗拉強度為332 MPa，伸長率為10.0%的高強度高塑性合金。Zhao等人報道了Mg-Zn-Mn-Sn-Gd合金在強度和塑性之間的良好平衡。盡管如此，由于稀土元素的加入，在凝固過程中形成了高熔點的金屬間化合物MgSnRE相，其尺寸普遍較粗且難以控制，嚴重影響了合金的性能。

眾所周知，凝固過程中形成的第二相，不僅對鑄態合金的組織和力學性能有顯著影響，而且對其進一步的加工性能(擠壓)和最終性能(熱處理)也有顯著影響。因此，改變鎂合金中第二相的形態、分布和尺寸是至關重要的。目前關于第二相粒子調控的研究較多，包括TiC、AlN、Mg2Si、TiB2等。如Xiao等報道了Sb改性Mg2Si/AZ91復合材料中Mg2Si的改性機理。Li等人研究了加入Eu后Al-Si合金中共晶Si的改性。超聲處理、快速凝固、機械加工、熱處理等多項研究和技術取得了顯著進展。上述方法，均能有效調控第二相顆粒，但復雜、成本高、產業化難度極大。Xue等人指出了La摻雜AZ80-Ce鎂合金中Al-RE管狀相的形成機理。通過摻雜相鄰的稀土元素La，發現了一種調節Al-Ce相形貌的新方法，La原子可以取代Al-Ce相中的Ce原子，增加其生長表面，改變其生長速率。本研究為第二相的調控提供了新的思路，為鎂合金的強化增韌提供了理論依據和參考。

在這里，研究者通過摻雜相鄰RE元素調節RE第二相的新思路，通過添加不同含量的Dy元素對MgSnGd相進行了修飾。結果表明，Dy能有效改善MgSnGd晶粒的形貌和分布，減小α-Mg基體的尺寸，從而開發出綜合力學性能優良的新型Mg-8Zn-1Mn-3Sn-Gd-Dy (ZMT813-Gd-Dy)合金。據目前所知，還沒有關于Dy改性MgSnGd顆粒的報道。研究者通過掃描電鏡(SEM)、電子背散射衍射(EBSD)、場發射電子探針(EPMA)、透射電鏡(TEM)和力學試驗，系統研究了MgSnGd第二相調控機制及其對擠壓態合金動態再結晶(DRX)行為的影響。此外，研究者還詳細討論了MgSnGd相的Dy改性機理及其對鑄態和擠壓態ZMT813-1.2Gd合金組織和力學性能的影響。（文：水生）