《科研训练报告》袁涛材料08_2.docVIP

中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院材料科学与工程专业科研训练报告 PAGE  PAGE 10 科研训练报告 课题名称：固相合成耐热镁合金制备及强化机理研究 学 院：机电与信息工程 专 业：材料科学与工程 姓 名： 袁涛 学 号： 0811340216 指导教师： 李国华 报告日期： 2011 年 9 月 23 日 成 绩： 评阅人签字：  一．项目立论依据 历年来对镁合金的研究越来越来重视，随着人们对金属资源需求的增长，及铁矿资源的开发殆尽，急需钢铁材料的替代品，而我国是镁资源大国，储量居世界首位。镁和稀土是我国独具特色的资源优势。2003年我国共生产原镁33.4万吨，约占全球总产量的67％。稀土占世界已探明稀土储量的80％以上。因此，开发含稀土的高品质镁合金材料在我国具有独特的优势，不断完善现有的稀土镁合金系，同时开发成本低、性能好的新型稀土镁合金，对我国镁合金材料和稀土材料领域的发展将具有极大的推动作用。 概念介绍 固相合成反应：高温下固体和固体间进行的反应。其影响因素主要有：反应物固体的表面积和反应物间的接触面积;生成物相的成核速度；相界面间特别是通过生成物相层的例子扩散速度。 经历四个阶段：扩散--反应--成核--生长 扩散：固相反应的发生其实与两个反应物分子的扩散接触； 反应：接着发生化学作用，生成物分子。此时生成的产物分子分散在母体反应物中，只能当作杂质或缺陷的分散存在； 晶核成长：随着晶核的长大，达到一定的大小，出现产物的独立晶相。 固相反应与溶液反应的区别： 1.反应物溶解度的影响。 2.产物溶解度的影响，溶液反应中，产物溶解度性有利于反应；固相反应没有要求。 3.热力学状态函数的差别。 4.控制反应的因素不同。 5.溶液反应体系受到化学平衡的制约，而固相在不生成固溶体的情形下，反应完全进行，因此固相反应的产率往往都很高。 优点：产率高，污染小。缺点：生产效率较低。 金属镁及其合金是目前工业上可应用的最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度高、比刚度高、尺寸稳定的特点，也有电磁屏蔽好以及良好的切削加工性能、充型流动性等优点。但是以往镁合金的高温性能差，蠕变强度低限制了镁合金的应用，例如要求较高温度、必须防止油的渗漏且具有优良高温蠕变性能的发动机引擎盖，等都要求镁合金的高温性能和抗蠕变性好。近年来的文献显示了多种耐热镁合金的研制成功及其优良的性能。目前常用的镁合金有常用的有四个系列：AZ(Mg-Al-Zn-Mn)，AM(Mg-Al-Mn)，AS(Mg-Al-Si)，AE(Mg-Al-Re)。其中AE系列镁合金蠕变强度较高，此外WE系列的镁合金都具有优良的高温性能。这些已开发的镁合金中所采用的，用来增强各种性能的添加元素为稀土元素。 其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。 此外，稀土元素的化学活性强，对液合金具有除氢、氧、氯、夹杂物的作用，改善合金流动性和加工性能，抑制铁对合金的腐蚀作用，降低合金在液态和固态下的氧化倾向，减少金属表面氧化物缺陷集中及改变起结晶晶格参数，使合金具有优良的抗氧化性能。当镁合金添加少量稀土元素还有变质及细化作用，使其性能得到改善，当镁合金中的稀土元素添加量足以生成金属间化合物、共晶复合物的金属纤维组织以及固溶强化相时，可以显著提高合金基体的高温性能。 固相合成耐热镁合金强化机理还包括稀土与金属的相图（如稀土元素在金素中的溶解度）、稀土化合物的性质。形状、分布、稀土在金素中的分布及扩散速度的影响等。 蠕变是一个高温条件下缓慢的塑性变形过程。与常温拉伸过程相比，在微观机制上不仅滑移系增多而且还有晶界滑移。镁合金蠕变机理分为两个阶段，低温下以位错攀移为主，高温下一位错滑移为主。镁合金的高温变形特点是晶内位错运动与晶界滑移相结合。因此，稀土元素提高其蠕变性能的途径主要有基体强化和晶界强化。 其他添加元素的影响 Sn 对镁的强化作用不因为温度的升高而消失。在高温下合金强度随sn的变化趋势为：随着含量增加，合金的屈服强度和抗拉强度上升，且在其质量分数达3%时达到峰值。但其量过多时会使颗粒粗化导致高温强化作用减弱。 Si是弱的晶粒细化剂在组织中形成硬的硅质点可改善蠕变性能。 Ca有明显细化晶粒作用，可稍微抑制熔体金属的氧化，可改善抗蠕变性能。 Sr 是一种提高镁合金性能（大于三百摄氏度)的合金化元素，它可以提高镁固溶体的熔点，他在镁合金中扩散缓慢且具有较低的密度。例如：MgSr6Mn1和MgSr15Mn1已经具备应用于压