Mg-Zn-Y準(zhǔn)晶中間合金制備及其對(duì)AZ91合金性能的影響.pdf

1、鎂合金作為一種新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，因其具有密度小、比剛度和比強(qiáng)度高、優(yōu)越的減震性能、良好的機(jī)械性能和資源豐富等一系列優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21世紀(jì)最有前途的結(jié)構(gòu)材料”。憑借著優(yōu)越的綜合性能，AZ91成為目前應(yīng)用最為廣泛的鎂合金。但是，AZ91鎂合金鑄態(tài)組織相對(duì)粗大，綜合力學(xué)性能不高，此外其耐磨性能較差；這些缺點(diǎn)大大限制了它的使用范圍。目前，復(fù)合強(qiáng)化是提高鎂合金性能最有效的方法。但是目前所使用的外加增強(qiáng)體顆粒與鎂基體間的潤(rùn)濕性較差，其制備工藝復(fù)雜，

2、成本很高。鎂基準(zhǔn)晶具有高硬度、低表面能和與鎂基體良好的潤(rùn)濕性等優(yōu)點(diǎn)，因此，鎂基準(zhǔn)晶很適合作為鎂基體的增強(qiáng)體。
　　 本文通過(guò)化學(xué)成分設(shè)計(jì)，采用普通凝固技術(shù)制備了高體積分?jǐn)?shù)的MZY(Mg-Zn-Y)準(zhǔn)晶中間合金，分別采用顆粒外加和原位內(nèi)生法制備MZY準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)的AZ91鎂合金。分別采用了掃描電鏡(SEM)與能譜分析(EDS)、X射線衍射分析(XRD)、布氏硬度測(cè)試(HB)、拉伸強(qiáng)度測(cè)試、摩擦磨損等分析測(cè)試手段，研究了Zn/Y原子

3、比對(duì)MZY準(zhǔn)晶中間合金微觀組織的影響及二十面體準(zhǔn)晶相與十面體準(zhǔn)晶相中的元素分布問(wèn)題；采用外加法，通過(guò)改變MZY準(zhǔn)晶中間合金的加入量，重點(diǎn)研究了不同MZY準(zhǔn)晶中間合金的加入量對(duì)AZ91合金微觀組織、力學(xué)性能和耐磨性能的影響；采用原位內(nèi)生法，探索研究了原位內(nèi)生對(duì)AZ91合金性能的影響。
　　 研究中發(fā)現(xiàn)：在MZY準(zhǔn)晶中間合金中，在Zn原子含量相同的情況下，Y含量決定MZY合金中準(zhǔn)晶相的類型、形貌、數(shù)量和分布。隨著Y含量的增加，合金鑄

4、態(tài)組織中生成的準(zhǔn)晶相的數(shù)量逐漸增加；準(zhǔn)晶相由多邊形塊狀、花瓣?duì)疃骟w結(jié)構(gòu)變?yōu)闂U狀十面體結(jié)構(gòu)；多邊形塊狀、花瓣?duì)畹亩骟w準(zhǔn)晶相和桿狀十面體準(zhǔn)晶相都存在著一定的成分微觀偏析現(xiàn)象。桿狀十面體準(zhǔn)晶相中的成分偏析現(xiàn)象比花瓣?duì)疃骟w準(zhǔn)晶相更為嚴(yán)重。
　　 本文利用MZY準(zhǔn)晶表面能低和熱力學(xué)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，采用外加的方法，在AZ91合金熔體中加入MZY準(zhǔn)晶中間合金，結(jié)果表明：由于MZY準(zhǔn)晶顆粒作用的結(jié)果，AZ91合金的鑄態(tài)組織發(fā)生了明顯的變

5、化，骨骼狀連續(xù)網(wǎng)狀分布的p-Mg17Al12相明顯減少，并逐步斷開(kāi)和球化，呈島狀彌散的分布在α-Mg基體中，且MZY準(zhǔn)晶中間合金中的MZY準(zhǔn)晶顆粒能很好的遺留在AZ91基體合金中，在合金基體內(nèi)部和晶界處分布著高熔點(diǎn)、高溫穩(wěn)定的Mg3Zn6Y準(zhǔn)晶相。由于金屬液固熔體遺傳規(guī)律和熱熔體分子熱運(yùn)動(dòng)作用，保溫時(shí)間對(duì)遺留在基體中的MZY準(zhǔn)晶顆粒形貌有顯著的影嗬，當(dāng)保溫時(shí)間在2min以內(nèi)，MZY準(zhǔn)晶中間合金中的Mg3Zn6Y準(zhǔn)晶顆粒在形貌上能夠很好的

6、遺留在AZ91鎂合金基體中；當(dāng)保溫時(shí)間提高為4min時(shí)，遺留下的Mg3Zn6Y準(zhǔn)晶顆粒花瓣頂端及邊緣處首先發(fā)生變化，其花瓣轉(zhuǎn)變?yōu)楹芤?guī)則的四面體，花瓣的邊緣處變的尖銳；當(dāng)保溫時(shí)間進(jìn)一步提高時(shí)，Mg3Zn6Y準(zhǔn)晶顆粒的花瓣開(kāi)始出現(xiàn)脫落，隨著保溫時(shí)間的進(jìn)一步增加，最后遺留下的準(zhǔn)晶顆粒的花瓣和花蕊融合在一起形成橢圓形準(zhǔn)晶顆粒。
　　 由于MZY準(zhǔn)晶顆粒對(duì)AZ91基體合金鑄態(tài)組織的細(xì)化和晶界釘扎作用，MZY準(zhǔn)晶中間合金對(duì)AZ91合金室溫綜

7、合力學(xué)性能有明顯的影響。加入MZY準(zhǔn)晶中間合金后，合金的硬度明顯提高，比基體合金增加35％。當(dāng)MZY準(zhǔn)晶中間合金加入量為6％時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度為214MPa，比基體合金增加30％左右，當(dāng)MZY準(zhǔn)晶中間合金加入量為2％時(shí)合金的延伸率可達(dá)到3.2％，大約是基體合金的1.5倍。
　　 MZY準(zhǔn)晶中間合金可以明顯提高AZ91合金的硬度，在不同載荷條件下，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％的MZY準(zhǔn)晶合金試樣的摩擦因數(shù)由0.68減小至0.26，在100N