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黄浦供应耐热镁合金耐蚀镁合金

更新时间:2024-06-14 09:13:48 [举报]

耐热镁合金具有较高的比强度、比刚度和抗氧化能力,因此被广泛应用于高温、高压和腐蚀性工作环境中。

随着科学技术的不断发展,人们对耐热镁合金的性能、制备技术、相图热力学研究等方面进行了广泛深入的研究。

上世纪三十年代发现稀土元素(Ce)可以提高镁合金的强度,随后在传统压铸Mg-Al系的基础上发展了Mg-Al-RE,但到本世纪初,综合性能好的AE42合金的服役温度仍低于150 oC。为了能在耐热性能方面有所突破,研究者们开始开发新的体系。但压铸镁合金开发的难点在于要求合金体系具有良好的铸造性能,且合金在铸态不经热处理时要获得更好的高温力学性能。

Moreno等在Mg-Al系外开发出了Mg-RE系镁合金,并成功制备MEZ (Mg-2.5RE-0.35Z)等合金。相比于AE42,MEZ在更高温度、更高应力 (175 oC, 80~100 MPa)条件下具有更高的蠕变抗力。随后在对MEZ合金的研究中发现,不同的RE元素(如La, Ce, Nd)由于固溶度不同,对合金蠕变性能的影响也不同。Nd元素由于固溶度较大,在蠕变过程中形成了弥散的动态析出相而提升了合金的蠕变性能。基于此,在MEZ的基础上通过添加一定的Nd得到了AM-HP2+(Mg-La-Ce-Nd-Zn)合金,该合金在150 ~200 oC具有更优的蠕变性能,但是,这两种合金的塑性和强度较低,因此并未得到应用。

随着AE系合金性能提升瓶颈的出现以及相关基础理论的完善, Mg-RE体系的压铸耐热镁合金再次被研究者们关注。MURAYAMA的研究表明,HCP结构的镁合金比FCC结构的铝合金的抗蠕变潜力更高,但实际发现镁合金的抗蠕变性能普遍要比铝合金差,因此认为Mg-Al系镁合金抗蠕变性能差是由合金中的Al元素导致的。其次,Mg-Al系室温或高温下难以避免的出现Mg17Al12低熔点相也抑制了Mg-Al合金的服役温度。此外,温度升高时Al在Mg中扩散速率快,大大促进了蠕变的发生,压铸Mg-Al合金的发展遇到了瓶颈,难以突破175 oC。

后来,GAVRAS[56]成功制备了一系列Mg-La系镁合金,在Mg-La的基础上分别添加Nd、Y和Gd,结果表明,含Y和Gd更有利于蠕变性能的提升。HUA[4]在Mg-La系的基础上,通过添加Y以提高塑性,Zn以提高铸造性能而得到了ZLaW423 (Mg-4Zn-2.3La-2.7Y)压铸合金,该合金通过晶界相的连通而分散了Mg基体的受力,使合金获得了较高的压缩性能。由于压铸镁合金没有明显的织构,因此认为压缩与拉伸状态下合金的屈服强度没有明显的区别。Bai等成功制备了含网状LPSO相的Mg-Y-Zn合金,相比于AE44,室温下具有更的性能,200 oC高温拉伸性能与蠕变性能尚待报道。

表8是典型压铸Mg-RE合金的高温拉伸(ZLaW423为压缩)性能与蠕变性能。可以看出,典型的AM-HP2+合金屈服强度随温度变化小,约为7%,说明了该合金组织稳定性好,同时相比于AE44具有更高的蠕变抗力。Mg-0.48La-1.18Y合金的蠕变性能与AM-HP2+相当,177 oC时的强度更高。ZLaW423合金压缩屈服强度较高,但由于缺少拉伸与蠕变性能,因此还需要进一步的探究才能进行更全面的对比。但典型AM-HP2+合金室温强度及各温度下伸长率相比于AE44明显偏低,因此基于Mg-RE系的研究需要在保持其良好蠕变性能的同时提升其强度及塑性。

Mg-Al系合金经过几十年的发展,至今性能好的AE44使用温度仍不超过175 oC。Mg-Al系压铸耐热镁合金性能提升遇到瓶颈,认为Al是影响其性能提升的主要因素,因此不含Al元素的Mg合金具有较大的发展潜力。合适的Mg-RE系适于压铸,因而成为新型的压铸镁合金体系。Mg-RE合金不含典型的低熔点相Mg17Al12,具有良好的组织稳定性,易得到高的蠕变抗力。RE中的Y等元素能够降低位错的激活能,从而有效提升合金室温及高温塑性,解决Mg-RE系合金塑性问题。压铸Mg-RE系三元合金中可以形成性能良好的第二相,如网状LPSO相,一方面该相热稳定性良好,能在高温下稳定的能钉扎晶界;另一方面,LPSO具有良好的强度和韧性,在晶界形成强韧性良好的骨架结构,实现类似于复合材料的强化机理,从而很大程度提升合金的高温性能。因此在压铸Mg-RE合金的研发过程中,具有良好铸造性能、含网状LPSO相的Mg-Y体系的合金有着很大的发展潜力。

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