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高压镁合金微观组织、力学及腐蚀性能研究

作　者: 赵双双
导　师: 彭秋明
学　校: 燕山大学
专　业: 材料学
关键词: 镁合金高压凝固显微组织力学性能腐蚀性能
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

镁合金密度低，比强度高，因此其作为结构材料被广泛的应用于汽车、航空航天等领域。但是其绝对强度低，耐腐蚀性能差，限制了其应用范围。目前，高压技术是一种非常有效的制备新的化合物或者独特性能合金的方法。本文选取三种具有代表性的镁合金作为研究对象，即目前应用最广的商用Mg-Al合金、最轻的Mg-Li二元合金和应用于生物材料方面的Mg-Y合金（本身具有良好的力学性能的，但是腐蚀性能有待提高）。主要研究高压处理对这三种镁合金的相转变、微观结构、力学性能和腐蚀性能的影响。分析结果表明：Mg-Al合金经过高压处理之后，其组成相没有发生变化。但是，随着外界压力和温度的增加，微观结构发生很大的变化，Mg基体的面积分数增加，共晶相的面积分数降低。此外，随着压力的增加，Al在共晶相中的含量先增加，然后保持一个常数（44.1±0.5wt.%）。另外，由于Mg基体中Al的含量的增加，Mg基体的晶格常数a降低，c/a的值增加。纳米压痕结果表明，高压高温处理之后Mg-30Al合金的硬度和杨氏模量提高，这主要是由于Al的含量在共晶相和Mg基体中的增加。高压SHP-2GPa-850试样的腐蚀性能较其它试样有了很大的提高。这主要是因为，与其它试样相比，高压SHP-2GPa-850试样的Mg基体的分布更加的均匀，网状结构更加的细化，合金表面形成了紧密连续的氧化层。Mg-Li合金高压SHP-4GPa-700试样的硬度和抗压强度都有非常明显得提高。与原始试样相比，高压处理Mg-7Li合金试样（SHP-4GPa-650℃，SHP-4GPa-700℃，SHP-4GPa-850℃）的显微组织结构发生了非常巨大地变化，即形貌由树枝晶结构变为三叉晶界结构。微观结构观察证实了高压技术有助于促进bcc-Li₃Mg₇相转变为hcp相，hcp-Li₃Mg₁₇相转变为hcp-Li_0.92Mg_4.08。力学性能提高的原因主要是bcc-Li₃Mg₇相的含量的降低和hcp-Li_0.92Mg_4.08相中压缩孪晶{1011}的形成。使用高压技术来提高Mg-Y合金生物材料的腐蚀性能，结果表明，高压处理后合金的腐蚀性能得到提高，这主要是由于形成了均匀连续的树枝晶和试样表面氧化膜。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 高压技术概述  11-12
  1.3 高压技术在材料中的应用  12-13
    1.3.1 高性能储氢材料  12
    1.3.2 高压相变  12
    1.3.3 高压制备高温超导材料  12-13
    1.3.4 高压制备纳米晶和非晶材料  13
  1.4 高压对金属凝固行为参数的影响  13-16
    1.4.1 高压对金属熔点的影响  13-14
    1.4.2 高压对熔体过冷度的影响  14
    1.4.3 高压对溶质扩散系数的影响  14-15
    1.4.4 压力对二次枝晶间距的影响  15
    1.4.5 压力对凝固组织的影响  15-16
  1.5 本文主要研究内容  16-17
第2章实验部分  17-24
  2.1 实验材料研究方法、技术路线  17
  2.2 实验材料制备  17
  2.3 高压实验设备  17-18
  2.4 高压实验方法  18-19
  2.5 检测方法及设备  19-24
    2.5.1 金相观察分析  19-20
    2.5.2 扫描分析  20
    2.5.3 X 射线衍射分析  20
    2.5.4 透射分析  20
    2.5.5 硬度分析  20-21
    2.5.6 压缩实验分析  21
    2.5.7 纳米压痕测试分析  21-22
    2.5.8 腐蚀性能分析  22-24
第3章高压处理对 Mg-30Al 合金性能的影响  24-41
  3.1 Mg-30Al 合金的金相分析  24-26
  3.2 Mg-30Al 合金的扫描电镜分析  26-28
  3.3 Mg-30Al 合金的 X 射线分析  28-30
  3.4 Mg-30Al 合金的显微硬度分析  30-31
  3.5 Mg-30Al 合金的纳米压痕分析  31-34
  3.6 Mg-30Al 合金的透射电镜分析  34-35
  3.7 Mg-30Al 合金的电化学腐蚀性能分析  35-39
  3.8 Mg-30Al 合金的凝固组织变化机理  39-40
  3.9 本章小结  40-41
第4章高压处理对 Mg-7Li 合金性能的影响  41-52
  4.1 Mg-7Li 合金的显微组织分析  41-42
  4.2 Mg-7Li 合金的扫描分析  42-43
  4.3 Mg-7Li 合金的 X 射线分析  43-45
  4.4 Mg-7Li 合金的硬度分析  45-46
  4.5 Mg-7Li 合金的压缩实验分析  46-47
  4.6 Mg-7Li 合金的透射电镜和计算分析  47-50
  4.7 本章小结  50-52
第5章高压处理对 Mg-7Y-0.5Zn 合金性能的影响  52-63
  5.1 Mg-7Y-0.5Zn 合金的显微组织分析  52-53
  5.2 Mg-7Y-0.5Zn 合金的扫描电镜分析  53-54
  5.3 Mg-7Y-0.5Zn 合金的显微硬度分析  54-55
  5.4 Mg-7Y-0.5Zn 合金的电化学腐蚀性能分析  55-62
    5.4.1 平均腐蚀速率分析  55-57
    5.4.2 Tafel 曲线分析  57-58
    5.4.3 阻抗谱分析  58-60
    5.4.4 浸泡腐蚀机理分析  60-62
  5.5 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-71
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  71-72
致谢  72-73
作者简介  73

高压镁合金微观组织、力学及腐蚀性能研究

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