Ca、Zn、Al在Mg中的擴(kuò)散行為研究.pdf

1、在鎂合金中形成的第二相化合物不僅影響鎂合金的凝固過程，還對鎂合金的強(qiáng)度有決定性影響。本課題將以擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究純Mg與Mg-16Ca、Mg-30Zn、Mg-40Al組成的固液擴(kuò)散偶在不同擴(kuò)散溫度、不同保溫時(shí)間下的互擴(kuò)散過程，討論擴(kuò)散層中第二相化合物的形成過程、種類以及形貌尺寸等內(nèi)容，并計(jì)算相的生長常數(shù)、激活能等擴(kuò)散動力學(xué)參數(shù)，為鎂合金中第二相化合物形成過程的研究提供數(shù)據(jù)參考。同時(shí)利用理論計(jì)算的方法研究了Ca、Zn和Al在純Mg中的液

2、態(tài)擴(kuò)散系數(shù)。
　　Mg-16Ca和純Mg的固液擴(kuò)散層中的第二相為Mg2Ca，在570℃、585℃、600℃、615℃和630℃時(shí)，其擴(kuò)散生長常數(shù)分別為1.84×10-10 m2/s、1.97×10-10 m2/s、2.40×10-10 m2/s、3.31×10-10 m2/s和5.36×10-10m2/s，在此溫度范圍內(nèi)其擴(kuò)散激活能為111.28kJ/mol。Mg-30Zn和純Mg的固液擴(kuò)散層中的第二相為Mg7Zn3和MgZn2，

3、在550℃、565℃、580℃、595℃和610℃時(shí)，其擴(kuò)散生長常數(shù)分別為0.56×10-10 m2/s、0.93×10-10 m2/s、1.53×10-10 m2/s、2.45×10-10 m2/s和2.84×10-10m2/s，在此溫度范圍內(nèi)其擴(kuò)散激活能為170.56kJ/mol。Mg-40Al和純 Mg的固液擴(kuò)散層中的第二相為Mg17Al12和Mg2Al3，在475℃、490℃、505℃、520℃和535℃時(shí)，其擴(kuò)散生長常數(shù)分別為

4、1.17×10-10 m2/s、1.46×10-10 m2/s、1.93×10-10 m2/s、2.68×10-10 m2/s和3.69×10-10m2/s，在此溫度范圍內(nèi)其擴(kuò)散激活能為92.02kJ/mol。擴(kuò)散層與純 Mg的界面均為胞狀組織，擴(kuò)散層中第二相組織為枝晶狀或網(wǎng)狀，擴(kuò)散層中第二相的形貌與擴(kuò)散溫度、時(shí)間以及第二相成分、數(shù)量等有關(guān)。
　　在680℃~800℃的溫度范圍內(nèi)，Ca、Zn和Al在純Mg中的液態(tài)擴(kuò)散系數(shù)在10-8

5、數(shù)量級，其中Zn的擴(kuò)散系數(shù)最大，Al次之，Ca最小。在此溫度范圍內(nèi)，Ca、Zn、Al在Mg中的液態(tài)擴(kuò)散激活能分別為22.91kJ/mol、30.01kJ/mol和29.96kJ/mol。可知液態(tài)擴(kuò)散系數(shù)及激活能的大小與參與擴(kuò)散的元素的原子半徑有關(guān)，合金元素與鎂的原子半徑差值越小，則液態(tài)擴(kuò)散系數(shù)越大，激活能也越大。并且通過 Matlab軟件的模擬，預(yù)測了在700℃和800℃下、擴(kuò)散時(shí)間為60s時(shí)，Ca、Zn、Al在Mg中的液態(tài)擴(kuò)散厚度都在