镁钕中间合金制备方法及其性能【字数：9341】
摘 要在高新技术产业的高速发展的环境下对航空航天领域中对材料性能的要求也越来越高，因镁合金与铝、铁合金相比下具有低密度和高特异性以及较好的强度和刚度得到行业材料研究的宠爱。随着稀土元素的广泛使用以及镁合金日益提高的地位，稀土镁合金已经成为当代材料革新的新潮。因为稀土元素在熔炼制备的过程中在镁合金的溶解速度较低并且过程中容易产生大量的缺陷，所以在制备过程中经常将Mg-RE中间合金加入镁合金进行熔炼镁钕合金因为有着良好的抗蠕变性能在航天领域中是重要的链接原件，故本课题主要探究镁钕中间合金的熔炼制备方法。通过计算所得最稳定的Mg-Nd二元合金中最稳定的组织—Mg3Nd定位本可以熔炼的最终样品。使用HX-GP自动控制型高频感应加热设备作为热源，全程通氩气保护，使用硼酸作为阻燃剂，以不同的熔炼时间制备镁钕中间合金，探索熔炼时间的不同对镁钕中间合金的熔炼时间工艺。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜的测试方法，分析镁钕中间合金的元素组成，观察合金的表面形貌。通过制备样品的检测结果可知，在本课题使用的设备前提下所制得的样品中在熔炼达到30min之后开始生成出现Mg3Nd晶粒；超过50min是样品中Mg3Nd晶粒数量逐渐增多；到达90min之后溶解速度开始变慢。
目录
第一章 绪论 6
1.1引言 6
1.2 MgNd合金 6
1.21MgNd合金的扩散机制 7
1.21MgNd合金的数学模型 7
1.21MgNd合金的研究进展 7
1.3研究内容与意义 6
第二章 实验方法 12
2.1实验材料 12
2.2实验设备 12
2.3样品制备 13
2.3.1制备过程 13
2.3.2成分设计 14
2.3.3中间合金的熔炼 14
2.4测试分析 16
2.4.1金相组织分析 16
2.4.2硬度测试 16
2.4.3 XRD物相分析 16
2.4.4 SEM微观形貌观察 16
第三章 实验结果分析 17
3.1 金相组织 17
3.1.1熔炼时间30min的MgNd中间合金 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
17
3.1.2熔炼时间50min的MgNd中间合金 18
3.1.3熔炼时间90min的MgNd中间合金 19
3.2微观形貌 20
3.2.1熔炼时间30min的MgNd中间合金 20
3.2.2熔炼时间30min的MgNd中间合金 20
3.2.3熔炼时间90min的MgNd中间合金 21
3.3元素分析 22
3.3.1熔炼时间30min的MgNd中间合金 22
3.3.2熔炼时间50min的MgNd中间合金 22
3.3.3熔炼时间50min的MgNd中间合金 23
结论 24
参考文献 25
致谢 27
第1章 绪论
1.1引言
随着科技的发展在航天航空、国防以及汽车等高新技术领域中的高速革新对材料的要求也越来越严格[1]。随着经济全球化的大趋势中，中国的航空航天、国防以及汽车产业在国际中的地位名列前茅。所以，在这种大环境下我国更要不断确立在国际的领先地位。
而在上述领域当中产品的轻量化以及耐久度是材料的设计和先进技术的优势集成。轻量化对民用产品的意义主要集中在两点：能源的节约和性能的优化；耐久度对航空航天以及国防的意义主要为：安全和反复使用。在煤炭、石油、天然气等不可再生能源的急剧减缩和新能源暂且不能100%替代上述能源以及对全球环境保护的背景下，轻量化和耐久度以及绿色环保已经成为全球产业发展的趋势。而MgRE系合金具有比强度高、铸造性能以及减震性能好的特点，成为上述领域中材料的主要研究方向。
1.2 MgNd合金
一般来说，高性能镁稀土合金是指拉伸强度大于300MPa的铸造镁稀土合金和拉伸强度大于400MPa的变形镁稀土合金[2]。含有钕元素的镁基合金由于其在高温下具有优异的较高比强度以及显着的抗蠕变性受到广泛关注。这类MgNd合金是汽车和航空工业所用材料的潜在轻质替代品。迄今为止开发的几乎所有高性能镁稀土合金在镁合金在工程中的实际应用范围非常有限。因此，开发新一代镁稀土合金具有“高强塑积”的镁稀土合金，“高强度”的镁稀土合金比纯粹的追求变得更有意义。系统研究不同类型结构单元在镁稀土合金中的形成机制与演化规律，定性和定量分析它们对镁合金强韧化性能的影响，不仅是至关重要的研究课题，也是研发新型高性能镁稀土合金的理论基础。
1.2.1MgNd合金的研究进展
Pekguleryuz等人[3]通过添加钕元素形成不同类型的强韧化结构单元，得到可以显著提高镁合金的强度和塑性。这些结构单元根据空间维度可分为以下三类:(1)一维结构单元，如溶质团簇结构等；（2）二维结构单元，如层错、晶界和相界等；（3）三维结构单元，如晶粒、亚晶、孪晶、析出相和长周期堆垛有序结构相等。然而单独引入这些结构单元很难同时提高镁稀钕土合金的强度和塑性。
Nie等人[4]通过研究实验和DFT理论准确地描述了沉淀随着Nd源自的排序而形成的密排六方是由局部的减少引起的弹性应变和增强的化学键合引起的有序化，且正交正交β’相不作为具有固定Nd有序位点的结构存在，而是作为单个沉淀存在，其含有β’结构内的Nd有序位点的变化，它们将界面能与局部电子密度耦合，由于添加溶质而使新沉淀相稳定化提供了新的理论。
1.2.3 Nd在每种的扩散机制
相关研究表明[5、6]，固溶和降水强化机制被认为是两个重要的扩撒机制。这方面Nd已被证明是非常适用这两种机制的稀土元素。
沉淀相是加强镁合金用于各种结构应用的关键[3]。在热处理过程中通过采用适当的时间和温度组合，将这些相引入到hcpMg基质中T6热处理[4]，允许在位错线变形和Mg基体内动态形成[5]。一般来说，在任何合金中可以形成沉淀相之前，应该满足两个主要标准：首先，溶质元素应该可溶于主晶格内，以形成由混合热描述的过饱和单相固溶体（ΔEmix），其次，沉淀相应该具有比宿主相更低的稳定性形成热或ΔH。根据文献惯例，Emix和ΔH的负值被认为有利于降水。对于一般AB二元系统，Emix（B）和ΔH（ApBq）的DFT计算使用等式1、2。
目录
第一章 绪论 6
1.1引言 6
1.2 MgNd合金 6
1.21MgNd合金的扩散机制 7
1.21MgNd合金的数学模型 7
1.21MgNd合金的研究进展 7
1.3研究内容与意义 6
第二章 实验方法 12
2.1实验材料 12
2.2实验设备 12
2.3样品制备 13
2.3.1制备过程 13
2.3.2成分设计 14
2.3.3中间合金的熔炼 14
2.4测试分析 16
2.4.1金相组织分析 16
2.4.2硬度测试 16
2.4.3 XRD物相分析 16
2.4.4 SEM微观形貌观察 16
第三章 实验结果分析 17
3.1 金相组织 17
3.1.1熔炼时间30min的MgNd中间合金 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
17
3.1.2熔炼时间50min的MgNd中间合金 18
3.1.3熔炼时间90min的MgNd中间合金 19
3.2微观形貌 20
3.2.1熔炼时间30min的MgNd中间合金 20
3.2.2熔炼时间30min的MgNd中间合金 20
3.2.3熔炼时间90min的MgNd中间合金 21
3.3元素分析 22
3.3.1熔炼时间30min的MgNd中间合金 22
3.3.2熔炼时间50min的MgNd中间合金 22
3.3.3熔炼时间50min的MgNd中间合金 23
结论 24
参考文献 25
致谢 27
第1章 绪论
1.1引言
随着科技的发展在航天航空、国防以及汽车等高新技术领域中的高速革新对材料的要求也越来越严格[1]。随着经济全球化的大趋势中，中国的航空航天、国防以及汽车产业在国际中的地位名列前茅。所以，在这种大环境下我国更要不断确立在国际的领先地位。
而在上述领域当中产品的轻量化以及耐久度是材料的设计和先进技术的优势集成。轻量化对民用产品的意义主要集中在两点：能源的节约和性能的优化；耐久度对航空航天以及国防的意义主要为：安全和反复使用。在煤炭、石油、天然气等不可再生能源的急剧减缩和新能源暂且不能100%替代上述能源以及对全球环境保护的背景下，轻量化和耐久度以及绿色环保已经成为全球产业发展的趋势。而MgRE系合金具有比强度高、铸造性能以及减震性能好的特点，成为上述领域中材料的主要研究方向。
1.2 MgNd合金
一般来说，高性能镁稀土合金是指拉伸强度大于300MPa的铸造镁稀土合金和拉伸强度大于400MPa的变形镁稀土合金[2]。含有钕元素的镁基合金由于其在高温下具有优异的较高比强度以及显着的抗蠕变性受到广泛关注。这类MgNd合金是汽车和航空工业所用材料的潜在轻质替代品。迄今为止开发的几乎所有高性能镁稀土合金在镁合金在工程中的实际应用范围非常有限。因此，开发新一代镁稀土合金具有“高强塑积”的镁稀土合金，“高强度”的镁稀土合金比纯粹的追求变得更有意义。系统研究不同类型结构单元在镁稀土合金中的形成机制与演化规律，定性和定量分析它们对镁合金强韧化性能的影响，不仅是至关重要的研究课题，也是研发新型高性能镁稀土合金的理论基础。
1.2.1MgNd合金的研究进展
Pekguleryuz等人[3]通过添加钕元素形成不同类型的强韧化结构单元，得到可以显著提高镁合金的强度和塑性。这些结构单元根据空间维度可分为以下三类:(1)一维结构单元，如溶质团簇结构等；（2）二维结构单元，如层错、晶界和相界等；（3）三维结构单元，如晶粒、亚晶、孪晶、析出相和长周期堆垛有序结构相等。然而单独引入这些结构单元很难同时提高镁稀钕土合金的强度和塑性。
Nie等人[4]通过研究实验和DFT理论准确地描述了沉淀随着Nd源自的排序而形成的密排六方是由局部的减少引起的弹性应变和增强的化学键合引起的有序化，且正交正交β’相不作为具有固定Nd有序位点的结构存在，而是作为单个沉淀存在，其含有β’结构内的Nd有序位点的变化，它们将界面能与局部电子密度耦合，由于添加溶质而使新沉淀相稳定化提供了新的理论。
1.2.3 Nd在每种的扩散机制
相关研究表明[5、6]，固溶和降水强化机制被认为是两个重要的扩撒机制。这方面Nd已被证明是非常适用这两种机制的稀土元素。
沉淀相是加强镁合金用于各种结构应用的关键[3]。在热处理过程中通过采用适当的时间和温度组合，将这些相引入到hcpMg基质中T6热处理[4]，允许在位错线变形和Mg基体内动态形成[5]。一般来说，在任何合金中可以形成沉淀相之前，应该满足两个主要标准：首先，溶质元素应该可溶于主晶格内，以形成由混合热描述的过饱和单相固溶体（ΔEmix），其次，沉淀相应该具有比宿主相更低的稳定性形成热或ΔH。根据文献惯例，Emix和ΔH的负值被认为有利于降水。对于一般AB二元系统，Emix（B）和ΔH（ApBq）的DFT计算使用等式1、2。
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