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發(fā)布時(shí)間2021-10-25，由cyanbat發(fā)布 | 關(guān)鍵詞：鑄造鎂合金

高性能鑄造鎂合金最新進(jìn)展

包括新材料的開(kāi)發(fā)及其加工技術(shù)的創(chuàng)新。基于這里發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，提出了一些未來(lái)的研究方向，包括進(jìn)一步開(kāi)發(fā)具有高強(qiáng)度、高塑性、高耐腐蝕性和低成本的高性能鎂合金
1 . 介紹

鎂及其合金由于具有密度低、阻尼性能好、生物相容性好、可回收利用、儲(chǔ)氫容量大、電池理論比容量高等優(yōu)異的理化性能，被認(rèn)為在以下領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。航空航天、交通運(yùn)輸、電子 3C、生物醫(yī)學(xué)和能源領(lǐng)域。然而，鎂及其合金的這些優(yōu)點(diǎn)要在大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，仍有許多困難需要克服。在結(jié)構(gòu)材料方面，鎂合金強(qiáng)度低、塑性和耐蝕性較差，阻礙了鎂及其合金的大規(guī)模應(yīng)用；在功能材料方面，仍需解決鎂合金降解速度過(guò)快、充放電窗口窄等問(wèn)題。

近十幾年來(lái)，許多學(xué)者針對(duì)上述不足進(jìn)行了大量研究。鎂合金的極限抗拉強(qiáng)度(UTS)達(dá)到500 MPa。 伸長(zhǎng)率(EL) 達(dá)到30%以上。通過(guò)表面處理，鎂合金的耐腐蝕性能得到有效提高。經(jīng)過(guò)多年的研究，鎂基材料的儲(chǔ)氫能力也得到了提高 其他鎂基功能材料也取得了顯著進(jìn)展。例如，鎂合金具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性，已廣泛應(yīng)用于LED等領(lǐng)域；鎂的電磁屏蔽性能優(yōu)越，已應(yīng)用于電磁屏蔽領(lǐng)域。但是，性能優(yōu)良的鎂及其合金仍然很少見(jiàn)，加工工藝還很苛刻，鎂合金的強(qiáng)度和塑性還不能同時(shí)提高。這些缺點(diǎn)也限制了鎂合金的大規(guī)模應(yīng)用。

近兩年，許多學(xué)者對(duì)鎂及其合金進(jìn)行了大量研究，以促進(jìn)其日益擴(kuò)大的應(yīng)用，包括成分優(yōu)化、加工工藝改進(jìn)、微觀結(jié)構(gòu)表征和理解等。目前的工作旨在回顧 2018-2019 年全球鎂及其合金的重要進(jìn)展。
 

2 . 鑄造鎂合金 2.1 . 耐熱鑄造鎂合金

2018-2019年，耐熱鑄造鎂合金以含RE合金尤其是含Gd合金為主，世界范圍內(nèi)開(kāi)發(fā)的一些新型耐熱鑄造鎂合金的力學(xué)性能。砂鑄 Mg-Gd-Y-Zr 的極限抗拉強(qiáng)度在 200°C 時(shí)達(dá)到 350 MPa，在 125°C 時(shí)達(dá)到 368 MPa。然而，高含量的Gd導(dǎo)致成本高，限制了其汽車應(yīng)用。仍然需要具有優(yōu)良高溫性能和低成本的合金。
 

耐熱鑄造鎂合金的力學(xué)性能。

合金 (wt%) 健康）狀況 25℃ 200℃ 蠕變率 (s -1 ) 參考     YS (MPa) 單位制（兆帕） EL (%) YS (MPa) 單位制（兆帕） EL (%)     Mg-3Gd-2Ca T4 —— —— —— —— —— —— 1.96 × 10? − ?8 (210 °C/100 MPa/100 h)     T6 —— —— —— —— —— —— 4.92 × 10? − ?8 (210 °C/100 MPa/100 h)   Mg-7Al-3Ba-3Ca 高壓直流電 203 230 1.6 —— —— —— 8 × 10? − ?8 (200 °C/100 MPa/225 h)   Mg-10Gd-3Y-0.5Zr T6 247 360 2.7 250 350 —— ——   Mg-3.5Sm-2Yb-0.6Zn-0.5Zr T6 297 228 5.7 182 279 18.2 ——    

張明星團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種具有良好抗蠕變性的 Mg-3Gd-2Ca (wt%) 合金。他們發(fā)現(xiàn)，在 210 °C/100 MPa 下測(cè)試 100 小時(shí)時(shí)，固溶處理 (T4) 合金比峰值時(shí)效合金 (T6) 表現(xiàn)出更好的抗蠕變性。在穩(wěn)態(tài)蠕變階段，測(cè)得的最小蠕變速率在 T4 合金中為 1.96 × 10 -8 s -1，在 T6 合金中為4.92 × 10 -8 s -1。微觀結(jié)構(gòu)分析表明，這歸因于 Gd-Ca 共簇的固溶強(qiáng)化（特別是在蠕變?cè)缙冢┖蛣?dòng)態(tài)沉淀硬化（特別是在蠕變后期）的協(xié)同作用。

加夫拉斯等人。開(kāi)發(fā)了一種具有良好蠕變性能的高壓壓鑄（HPDC）DieMag633（Mg-6Al-3Ba-3Ca）合金。他們檢查了 HPDC 合金的抗壓縮蠕變性能，包括商用 AE42、AE44-2、AE44-4、MRI230D、DieMag211、DieMag422 和 DieMag633 合金。密度測(cè)量表明 DieMag211 和 DieMag633 的孔隙率最低，分別只有 1.8% 和 1.5%。MRI230D 和兩種高濃度 DieMag422、DieMag633 合金在 200°C 時(shí)的抗蠕變性最好。室溫和 150 °C 下的拉伸性能也顯示出類似的趨勢(shì)。DieMag633 合金具有出色的強(qiáng)度。微觀結(jié)構(gòu)觀察揭示了高壓壓鑄合金中的各種相。這種熱穩(wěn)定相通過(guò)抑制熱不穩(wěn)定相 Mg 的形成有助于提高抗蠕變性17鋁12。

Wencai Liu 等人開(kāi)發(fā)了一種在室溫和高溫下都具有高強(qiáng)度的低壓砂鑄 Mg-10Gd-3Y-0.5Zr (wt%) 合金。，具有優(yōu)異的耐熱性能。在室溫下測(cè)試的合金在 250°C 下峰值時(shí)效 12 小時(shí)的 UTS、YS（屈服強(qiáng)度）和 EL 分別為 360 MPa、247 MPa 和 2.7%。225 °C × 14 h 時(shí)效合金的 UTS 和 YS 都隨著試驗(yàn)溫度從室溫升高到 200 °C 而增加，并在 200 °C 時(shí)達(dá)到 350 MPa 和 250 MPa 的峰值（（a）），而 UTS 250 °C × 12 h 時(shí)效合金的 YS 和 YS 從室溫增加到 125 °C，并在 125 °C 時(shí)達(dá)到 368 MPa 和 255 MPa 的峰值（（b））。

孟健課題組成功開(kāi)發(fā)了一種在高溫下具有更高強(qiáng)度和延展性的鑄造 Mg-3.5Sm-2Yb-0.6Zn-0.5Zr (wt%) 合金。用永久模具鑄造制備的合金的 YS 為 182 ± 4 MPa，UTS 為 279 ± 6 MPa，200 °C 下的伸長(zhǎng)率為 18.2 ± 2.4%，YS 為 127 ± 4 MPa，UTS 為 186 ± 6 MPa，在 300 °C 時(shí)的伸長(zhǎng)率為 15.0 ± 3.2%。發(fā)現(xiàn)在室溫和高溫下機(jī)械性能的改善主要?dú)w因于細(xì)晶粒、基底和棱柱狀沉淀物的沉淀以及晶界附近和三齒狀沉淀物周圍的無(wú)顆粒區(qū)。

2.2 . 高性能鑄造鎂合金

在過(guò)去的幾十年中開(kāi)發(fā)了許多高強(qiáng)度鎂合金。Fusheng Pan 等人總結(jié)了 2018 年之前開(kāi)發(fā)的高強(qiáng)度鑄態(tài) Mg-Gd 和 Mg-Y 基合金。和張景懷等。。2018年之前的工作主要集中在提高抗拉強(qiáng)度，但延伸率還沒(méi)有那么高。例如，Mg-6.5Gd-2.5Dy-1.8Zn 合金和 Mg-8Gd-3Y-0.4Zr 的極限拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為 392 MPa 和 362 MPa，分別為 6.1% 和 7.6% . 2018 年和 2019 年，還報(bào)道了幾種高強(qiáng)度鑄造鎂合金，如。重要的進(jìn)展在于鑄造合金的延伸率有了很大的提高。
 

高性能鑄造鎂合金在室溫下的機(jī)械性能。

合金 (wt%) 鑄造方法 熱處理 YS (MPa) 單位制（兆帕） EL (%) 參考 Mg-10Gd-1Zn-0.5Zr 永久模具鑄件 460℃ × 12 小時(shí) + 200℃ × 48h 205 303 6.6   Mg-10Gd-2Y-1Zn-0.5Zr 永久模具鑄件 480℃ × 12 小時(shí) + 200℃ × 12h 252 351 10.2   Mg–12Gd–0.8Zn–0.4Zr 砂鑄 530℃ × 18 小時(shí) + 225℃ × 8 小時(shí) —— 348 2.6   Mg-10Gd-3Y-0.5Zr 砂鑄 525℃ × 12 小時(shí) + 250℃ × 12 小時(shí) —— 325 5   Mg–2Z??n–0.2Y–0.5Nd–0.4Zr 永久模具鑄件 鑄件 89 203  35%    

重慶大學(xué)潘復(fù)生課題組成功研制出延伸率大于10%的Mg-10Gd-2Y-1Zn-0.5Zr鑄造鎂合金。該合金在峰值時(shí)效條件下具有 351 MPa 的極限抗拉強(qiáng)度和 10.2% 的延展性。此外，還開(kāi)發(fā)了一種無(wú) Y Mg-10Gd-1Zn-0.5Zr 合金，其極限抗拉強(qiáng)度為 303 MPa，峰值時(shí)效條件下的延展性為 6.6%。由于該合金主要由基體和塊狀 LPSO 相組成，因此在 420°C 下固溶 12 小時(shí)表現(xiàn)出最佳的機(jī)械性能。LPSO 相被確定為 10H 和 14H 類型。

王等人。來(lái)自上海交通大學(xué)的張等人開(kāi)發(fā)了一種高強(qiáng)度砂型鑄造 Mg-12Gd-0.8Zn-0.4Zr 合金，其極限抗拉強(qiáng)度為 348 MPa，伸長(zhǎng)率為 2.6%。合金的最高強(qiáng)度是通過(guò) 530 的固溶處理獲得的°C × 18 小時(shí)，然后是 225 小時(shí)的峰值老化℃ × 8 小時(shí)。

Enhou Han 的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn) Mg-10Gd-3Y-0.5Zr 合金（GW103）（中伸長(zhǎng)率的異常正應(yīng)變率依賴性。在應(yīng)變速率為1×10 -1 s -1 時(shí)，GW103 合金的極限抗拉強(qiáng)度達(dá)到325 MPa 左右，斷裂伸長(zhǎng)率為5%。此外，對(duì)于具有主要 β' 析出相的高強(qiáng)度 Mg-10Gd-3Y-0.5Zr 合金的時(shí)效樣品，通過(guò)影響加工硬化階段的動(dòng)態(tài)恢復(fù)，析出物間距被認(rèn)為是延性的主要影響因素。通過(guò)滑移跡分析的微觀結(jié)構(gòu)表征揭示了金字塔形 〈c ?+? a〉 滑移、基底滑移的非施密德行為和滑移傳遞誘導(dǎo)了高 RT 延展性。

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文章來(lái)源：@青蝠科技   作者：@青蝠科技

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