【摘 要】
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如何使镁合金在具有高强硬性同时还保持一定的塑性,一直是镁合金研究领域的重要问题之一。本文依据高熵合金成分设计思想,摒弃以往将RE元素作为微量元素改善合金性能的传统思路,选取与Mg具有明显“固溶度效应”的HCP稀土元素作为主元元素,自主设计并制备了高强韧铸造Mg85A16Zn3Y2Gd4合金。利用SEM、TEM等测试手段分析研究了实验合金凝固组织特征、力学性能、耐腐蚀性能,分析了合金元素对实验合金显
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如何使镁合金在具有高强硬性同时还保持一定的塑性,一直是镁合金研究领域的重要问题之一。本文依据高熵合金成分设计思想,摒弃以往将RE元素作为微量元素改善合金性能的传统思路,选取与Mg具有明显“固溶度效应”的HCP稀土元素作为主元元素,自主设计并制备了高强韧铸造Mg85A16Zn3Y2Gd4合金。利用SEM、TEM等测试手段分析研究了实验合金凝固组织特征、力学性能、耐腐蚀性能,分析了合金元素对实验合金显微组织组成相的影响,探讨了高强韧铸造实验合金强化机制。研究结果表明:铸造Mg85Al6Zn3Y2Gd4合金的基体α-Mg为平均尺寸35 μm的等轴晶,α-Mg晶内分布着14型LPSO相,枝晶间分布着18R型LPSO结构的Mg12REZn相和尺寸仅有5~15 μm的块状Al2(Y,Gd)相(体积分数高达27%)。该合金硬度为110 HV,抗压强度高达481 MPa,相对压缩率为16.89%,其强塑积为8124.09 MPa·%。Mg85Al6Zn3Y2Gd4合金的耐蚀性相对来说比较差,自腐蚀电位是-1.4755 V,自腐蚀电流密度为0.0021272 A/cm2,腐蚀速率也比较大(47.959 mm/a)。Mg85Al6Zn3Y2Gd4合金中Al元素优先与Y、Gd元素结合形成Al2(Y,Gd),产生第二相强化,随着Al含量降低,硬脆相Al2(Y,Gd)减少,Mg91Zn3Y2Gd4合金的强度和塑性配合能力最好,其强塑积比Mg85Al6Zn3Y2Gd4合金高0.86%,但硬度下降9.09%;Zn元素主要影响合金中LPSO相的形成,随着Zn含量降低,强韧相LPSO减少,合金强塑积急剧下降,原本与Zn结合的RE元素或溶入基体或形成新相Mg24RE5,使得合金硬度升高,其中,Mg88Al6Y2Gd4合金的硬度最高(129 HV)、强塑积最低(5113.68 MPa·%),分别比 Mg85Al6Zn3Y2Gd4 合金+17.27%和-37.06%;Y、Gd元素主要影响合金中Al2(Y,Gd)和LPSO相的形成,随着RE含量降低,合金硬度下降,强塑积升高,Mg88Al6Zn3 Y1Gd2合金的强塑积最大(8856.96 MPa.%),比Mg85Al6Zn3Y2Gd4合金的升高了 9.02%,但其硬度下降了 20.91%。综上所述,Mg85Al6Zn3Y2Gd4合金的综合力学性能最好,Mg88Al6Zn3Y1Gd2合金的强度和塑性配合能力最佳,Mg88Al6Y2Gd4合金的硬度最高,Mg91Zn3Y2Gd4合金的耐腐蚀性能最好,体现了高熵合金中的鸡尾酒效应。
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