【摘 要】
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添加稀土元素是提高AZ系镁合金力学性能的重要途径,但极易在合金凝固过程中形成高熔点粗大Al-RE金属间化合物相。如何调控这类Al-RE化合物相是镁合金领域的研究方向之一,本文以AZ80-Ce合金为试验基础合金,通过合金化的方法制备了不同La含量的AZ80-Ce-x La（x=0、0.5、1）合金。利用XRD、SEM、EDS、EPMA和TEM等表征手段研究了La添加对AZ80-Ce合金中第二相的影响
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添加稀土元素是提高AZ系镁合金力学性能的重要途径,但极易在合金凝固过程中形成高熔点粗大Al-RE金属间化合物相。如何调控这类Al-RE化合物相是镁合金领域的研究方向之一,本文以AZ80-Ce合金为试验基础合金,通过合金化的方法制备了不同La含量的AZ80-Ce-x La（x=0、0.5、1）合金。利用XRD、SEM、EDS、EPMA和TEM等表征手段研究了La添加对AZ80-Ce合金中第二相的影响,并进一步采用萃取的方法提取了AZ80-Ce-La合金中管状Al-RE相,探讨了管状Al-RE相形貌演变机制。研究表明:铸态AZ80-Ce-x La合金组织主要由α-Mg、β-Mg17Al12和Al-RE(Al11Ce3或Al11（Ce,La）3)相组成。在AZ80-Ce合金组织中,β-Mg17Al12相主要呈断网状,Al11Ce3相主要呈针状。当合金中添加了微量的La元素时,组织中开始出现了管状形貌的Al-RE相;随着La含量的增加,针状形貌的Al-RE相不断减少,管状形貌的Al-RE相不断增加。当La的添加量为1.0wt.%时,合金中的大部分Al-RE相为管状,β-Mg17Al12相为粒状。在AZ80-Ce-x La合金中,Al元素主要分布于β-Mg17Al12、Al-RE和Al-Ce-Mn相中;Ce和La元素主要分布于针状或管状的Al-RE相中;Zn元素主要固溶于α-Mg和β-Mg17Al12相中;Mn元素主要以Mn单质、固溶于Al-RE相或以Al-Ce-Mn相的形式存在。管状Al-RE相主要由Al、Ce和La元素组成,其中铝元素和稀土元素总量的比值约为3.6,与Al11RE3(Al11（Ce,La）3)的化学计量比相近。TEM分析结果表明:相比于Al11La3相,管状Al-RE相的晶体结构和晶胞参数更接近于Al11Ce3相。管状Al-RE相是以Al11Ce3晶胞为基础的,La原子占据了晶格中部分原本属于Ce原子的格点位置。利用Materials Studio软件对晶体的生长形态进行预测,计算结果表明:Al11Ce3相容易沿[001]方向生长为六棱柱形状,其中六棱柱的侧面为{011}和{002}晶面族,{011}晶面族为晶体的主要显露面,其生长速度最慢。进一步采用萃取的方法提取了AZ80-Ce-La合金中的管状Al-RE相以研究其形貌演变机制。研究结果表明:在Al11RE3相中,La的掺杂会引起晶体中产生晶格畸变,使Al11RE3相生长面上的表面能增加,加快了其生长速度。在快速生长的条件下加剧了（001）面中心区域和边缘区域的生长速度差,导致Al11RE3相开始形成管状结构。形成管状结构后,Al11RE3相在接下来的生长过程中分为两个阶段:当处于晶体生长初期的第一阶段时,管状Al11RE3相迅速朝两端生长,由于其{011}晶面族的生长速度低于{002}晶面族,所以在晶体生长初期的第一阶段,部分Al11RE3相中的{011}晶面族会形成侧面未封闭、生长未完全的“不完整”区域;当Al11RE3相在熔体中进一步长大,此时表面能对其晶体外形的影响迅速减弱,Al11RE3相的生长进入第二阶段。根据PBC理论,此时的溶质原子更容易吸附在管状Al11RE3相中的“不完整”区域,使这种“不完整”区域逐渐减小。当这种“不完整”区域接近消失时,Al11RE3相在两个端面上的生长速度变得十分缓慢,溶质原子会缓慢沉积在管状Al11RE3相的管内,封闭管状结构,使少量的管状Al11RE3相转变为实心形状。
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