MG-Zn-Gd合金中準(zhǔn)晶相的形成與轉(zhuǎn)變研究.pdf

1、準(zhǔn)晶相是一種硬質(zhì)相，準(zhǔn)晶相與基體的界面結(jié)合能力很強，能夠細(xì)化晶粒尺寸，提高合金的綜合性能。但是Mg-Zn-Gd準(zhǔn)晶合金的研究仍處于起步階段。Mg-Zn-Gd準(zhǔn)晶合金是Mg-Zn-RE體系中一種新型的準(zhǔn)晶合金，對于解釋二十面體準(zhǔn)晶相中二十面體短程序(ISRO)結(jié)構(gòu)的遺傳性研究，具有重要研究意義。Mg-Zn-Gd合金中組元間具有較大的負(fù)的混合焓，容易形成亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)（如:準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)和非晶結(jié)構(gòu)），可以通過研究亞穩(wěn)相的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程，研究Mg-Zn-

2、Gd合金中準(zhǔn)晶相的形成與轉(zhuǎn)變，分析二十面體準(zhǔn)晶相的形成機理。準(zhǔn)晶和非晶合金在費米能級處存在贗能隙，可以采用對結(jié)構(gòu)變化比較敏感的電阻率方法間接研究準(zhǔn)晶合金和非晶合金在升溫和降溫過程中的結(jié)構(gòu)變化，探索合金中ISRO結(jié)構(gòu)的遺傳性。
　　采用常規(guī)凝固和快速凝固技術(shù)，制備出Mg70-xZn30Gdx(x=3、4和5 at.％)準(zhǔn)晶合金和非晶合金。采用差示掃描量熱儀(DSC)測試準(zhǔn)晶相和非晶相的熱力學(xué)特征;采用直流四電極電阻率法，分析退火過程

3、中準(zhǔn)晶合金和非晶合金的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。采用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、透射電鏡(TEM)觀察合金的結(jié)構(gòu)信息，探討準(zhǔn)晶相形成與熔體中ISRO結(jié)構(gòu)之間的遺傳性關(guān)系。采用外加法將準(zhǔn)晶中間合金添加到AZ91合金中，研究其對AZ91合金的顯微結(jié)構(gòu)和性能的影響。研究表明:
　　采用常規(guī)凝固方法制備準(zhǔn)晶合金，將熔體在720℃分別保溫1、21、41、61和81 min后澆注獲得Mg-Zn-Gd合金。當(dāng)熔體保溫21 min時，合金中的相為

4、Mg3(Gd，Zn)相、α-Mg相、Mg7Zn3相和少量的Mg-Zn相。當(dāng)熔體保溫41 min時，合金中Mg3(Gd，Zn)相的相對含量減少，準(zhǔn)晶相的相對含量增多。當(dāng)熔體保溫61和81 min時，合金中準(zhǔn)晶相含量減少，Mg3(Gd，Zn)相和Mg7Zn3相的相對含量增加。Mg-Zn-Gd準(zhǔn)晶相含有二十面準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的典型3-f和5-f旋轉(zhuǎn)對稱軸，其組織呈五次花瓣狀。其中，當(dāng)Gd含量為4 at.％，熔體保溫時間為41 min時，合金中的準(zhǔn)晶相

5、的相對含量較高，達到46.51％。
　　采用高真空單輥旋淬法Mg70-xZn30Gdx(x=3、4和5 at.％)非晶合金所需的臨界冷卻速率分別是25.00、12.50和8.33 m/s。隨著Gd含量增加，Mg-Zn-Gd非晶的臨界冷卻速率逐漸降低，Mg-Zn-Gd非晶的形成能力逐漸增強。1000 r/min的Mg65Zn30Gd5非晶合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是132℃，晶化溫度是150℃。
　　采用電阻率法測試Mg-Zn-Gd

6、準(zhǔn)晶合金分別退火到410℃和467℃的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。在首次加熱過程中，Mg-Zn-Gd準(zhǔn)晶合金都存在負(fù)的電阻率溫度系數(shù)。在第2次以后的加熱過程中，Mg-Zn-Gd準(zhǔn)晶合金均呈現(xiàn)正的電阻率溫度系數(shù)。經(jīng)過5次410℃循環(huán)退火后，Mg-Zn-Gd準(zhǔn)晶合金中形成柱狀相。經(jīng)過3次467℃循環(huán)退火后，Mg-Zn-Gd準(zhǔn)晶合金中形成大量的Mg3(Gd，Zn)相。
　　Mg-Zn-Gd非晶合金退火過程中主要出現(xiàn)三個晶化階段。Mg-Zn-Gd非晶合金的

7、晶化過程中存在負(fù)的電阻率溫度系數(shù);Mg-Zn-Gd非晶退火至230℃時，Mg-Zn-Gd非晶合金中析出準(zhǔn)晶相。Mg-Zn-Gd非晶退火至304℃時，非晶合金中形成大量的Mg3(Gd，Zn)相和Mg7Zn3相。Mg-Zn-Gd非晶合金和準(zhǔn)晶合金的有序原子團簇的配位數(shù)都是12。
　　根據(jù)合金熔體結(jié)構(gòu)的遺傳性，結(jié)合Mg-Zn-Gd準(zhǔn)晶/AZ91合金的XRD、EDS和SEM研究結(jié)果可知，實驗中采用外加法制備了Mg-Zn-Gd準(zhǔn)晶/AZ91