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Mg-Li-Al-Zn-Nd变形镁合金制备的研究

作　者: 李珉
导　师: 刘宜汉；姚广春
学　校: 东北大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: Mg-Li-Al-Zn-Nd合金耐腐蚀自腐蚀电流密度抗拉强度延伸率
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

由于镁合金在轧制过程中易碎裂,轧制困难,目前应用的镁合金多数是铸造镁合金,为了解决镁合金的轧制问题,Mg-Li变形镁合金材料倍受重视。Mg-Li变形合金具有质轻、高比强度及高韧性等特点,在航空、航天、3C等领域具有广阔的应用前景。但是,Mg-Li变形合金比普通镁合金耐腐蚀性更差,更易氧化、易腐蚀,解决防腐蚀问题困难。为了提高Mg-Li变形合金的耐腐蚀性能,本文研究了添加稀土钕的Mg-Li-Al-Zn-Nd合金的制备及其性能。本文采用四因素、四水平L₁₆（4⁴）正交实验方法设计Li、Al、Zn、Nd成分,制备出16种Mg-Li-Al-Zn-Nd合金试样,化学分析结果表明合金各元素的实际成分与设计成分偏差不大,按设计成分进行极差分析。对16种合金试样进行了自腐蚀电流密度（耐腐蚀性）、抗拉强度、延伸率等主要性能的测试。合金试样自腐蚀电流的研究结果表明,Mg-6Li-5Al-0.2Zn-1.5Nd合金的自腐蚀电流密度为25.19μA/cm²,明显低于传统的AZ91的自腐蚀电流密度（54.50μA/cm²）,其自腐蚀电位为-1.442V,高于传统镁合金AZ91D的自腐蚀电位-1.566V。稀土Nd的加入明显提高Mg-Li合金耐腐蚀性能。合金试样抗拉强度测试结果表明,添加Al和Zn有助于提高Mg-Li合金的抗拉强度。合金试样延伸率测试结果表明,Mg-Li合金的延伸率随着Li含量的增加而提高,Mg-Li-Al-Zn-Nd合金试样的延伸率可达到12.05%,合金具有很好的塑性变形性能,可以满足挤压和轧制加工的要求。对合金热处理实验结果表明,热处理后合金组织均匀,其耐腐蚀性、抗拉强度、延伸率均增强。对拉伸试件断口金相观察发现,铸态合金拉伸断面为典型的沿晶脆性断裂,而经过均匀化处理后,合金拉伸断面有韧窝出现,表明合金的断裂方式发生了改变。对添加Nd与不添加Nd合金金相显微观察发现,添加Nd合金晶粒明显细化,晶粒细化使合金的一些性能提高。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-26
  1.1 镁及镁合金的特点及发展趋势  10-12
    1.1.1 镁的基本性质  10-11
    1.1.2 镁合金的性能特点  11-12
  1.2 镁铿合金  12-16
    1.2.1 Mg-Li合金国内外研究进展  13-15
    1.2.2 Mg-Li合金研究展望  15-16
  1.3 稀土镁合金的研究  16-18
    1.3.1 稀土元素对镁合金作用机理  16-17
    1.3.2 稀土在不同系别镁合金中的作用  17-18
  1.4 Mg-Li-X系多元合金的研究现状  18-24
  1.5 本文研究意义和内容  24-26
第二章试验方法  26-36
  2.1 Mg-Li-Al-Zn-Nd合金成分设计  26-27
  2.2 试验原料  27-28
  2.3 试验设备  28
  2.4 合金的制备方法  28-32
    2.4.1 镁基多元合金的制备  28-31
    2.4.2 合金的均匀化处理  31-32
  2.5 表征手段  32-33
    2.5.1 实际合金成分的确定  32
    2.5.2 金相观察  32-33
    2.5.3 断口形貌及微区分析  33
    2.5.4 X射线衍射分析  33
  2.6 性能检测  33-36
    2.6.1 显微硬度测试  33
    2.6.2 拉伸性能测试  33-35
    2.6.3 腐蚀电流的测定  35-36
第三章试验结果与分析  36-50
  3.1 Mg-Li-Al-Zn-Nd合金试样的制备  36-38
  3.2 Mg-Li-Al-Zn-Nd合金成分分析  38-40
  3.3 正交试验数据处理与结果分析  40-43
    3.3.1 以自腐蚀电流密度为评价指标的数据处理结果  41-42
    3.3.2 以抗拉强度为评价指标的数据处理结果  42
    3.3.3 以延伸率为评价指标的数据处理结果  42-43
  3.4 影响因素的综合分析  43-48
    3.4.1 Li含量的影响  43-45
    3.4.2 Al含量的影响  45-46
    3.4.3 Zn含量的影响  46-47
    3.4.4 Nd含量的影响  47-48
  3.5 镁基多元合金优化配方的确定  48-50
第四章合金组织和性能分析  50-64
  4.1 Mg-Li-Al-Zn-Nd多元合金的显微组织分析  50-54
    4.1.1 正交试验试样显微组织分析  50-52
    4.1.2 稀土Nd对合金晶粒组织的影响  52-54
  4.2 合金的腐蚀机理分析  54-59
    4.2.1 Mg-Li合金腐蚀行为分析  54-56
    4.2.2 添加Nd后合金的抗腐蚀机制  56-59
  4.3 热处理对合金性能的影响  59-64
    4.3.1 均匀化处理前后抗拉强度的变化  60-61
    4.3.2 均匀化处理前后延伸率的变化  61-62
    4.3.3 均匀化处理前后硬度的变化  62
    4.3.4 断口金相观察  62-64
第五章结论  64-66
参考文献  66-72
致谢  72-73
个人简历  73

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