鎂釤釓系合金析出相及其相變機理研究

《鎂釤釓系合金析出相及其相變機理研究》是依託上海交通大學，由章楨彥擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鎂釤釓系合金析出相及其相變機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：章楨彥
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

混合加入輕重稀土而形成的時效析出相是迄今發現的高強度鎂合金中最有效的強化手段，而二元鎂輕稀土和鎂重稀土合金的時效硬化效果卻差異顯著，研究清楚二元鎂輕稀土、二元鎂重稀土和三元鎂輕重稀土合金的時效析出模型和相變機理，對於設計複雜成分的鎂稀土合金及其熱處理工藝具有重要意義。本項目擬選用原子序數和半徑均非常接近的輕、重稀土元素Sm和Gd，配製不同含量的二元鎂稀土和三元鎂稀土合金，採用高角度環形暗場掃描透射電子顯微術（HAADF-STEM）研究含Sm和Gd二元和三元鎂合金的析出相種類、成分、結構、位向關係和界面結構等隨合金成分、時效條件的變化規律；通過第一性原理計算不同結構析出相的生成焓和相變過程的能量變化，討論二元Mg-Sm和Mg-Gd合金析出相析出模型和析出相之間的相變機制；探究三元Mg-Sm-Gd合金析出相的形成機理，並提出基於Sm/Gd成分比、溫度和時間等的最佳時效調控方法。

結題摘要

混合加入輕重稀土而形成的時效析出相是迄今發現的高強度鎂合金中最有效的強化手段。Sm和Gd的原子序數和半徑均非常接近，但分屬輕、重稀土元素，本項目以Mg-Sm、Mg-Gd和Mg-Sm-Gd分別代表鎂輕稀土、鎂重稀土二元合金和鎂輕重稀土三元合金，通過實驗觀察和計算模擬，研究二元合金的時效析出相結構模型和相變機理，進而推測三元合金析出相的調控方法。本項目製備了不同成分的Mg-Sm和Mg-Gd合金各3種、Mg-Sm-Gd合金5種，分析了各合金析出動力學的變化規律，表征了二元、三元合金中的析出相，建立了各合金的析出序列。通過第一性原理計算了不同結構析出相的生成焓和相變過程的能量變化，討論了二元合金析出相析出模型和析出相之間的相變機制。本項目研究發現典型的β″相呈非連續的不完整D019結構，不同於普遍認為的連續完整D019結構，並將連續完整D019結構的析出相命名為β″(I)。首次在Mg-Sm二元合金中發現了β′(cbco)相，證實了鎂輕稀土合金中也存在β′(cbco)相，該相是鎂稀土合金中普遍存在的時效強化相之一。第一性原理計算結果表明，β″相的晶體結構比β′相存在著更大的晶格畸變，這是其尺寸比β′相小的主要原因；β″相、β′相和β1相的形成能均為負值，表明這三種析出相均是可以自發形成並能穩定存在的；β″→β′，β′→β1這兩個相變反應的化學反應熱均為負值，表明為放熱反應，從熱力學角度可以自發進行，即β″→β′→β1這一析出序列在理論上是可以存在的。在實驗研究與第一性原理計算的基礎上，建立了時效早期合金中的GP區和β″相形核的原子模型。