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Mg-Al系合金是目前应用最为广泛的压铸镁合金,但其有限的强韧性和较差的高温力学性能在一定程度上限制了其应用范围。本文以Mg-7Al合金为研究对象,通过Sn、Ca合金化和热处理方法来提高合金的强韧性。通过第一性原理计算方法研究了Mg-Al-Ca-Sn系合金中主要二元相的合金化能力及其晶体结构稳定性。利用OM、XRD、DSC、SEM、TEM及力学性能试验、失重试验及电化学试验等手段分析了Sn、Ca合金化Mg-7Al合金组织、力学性能及腐蚀性能的变化规律,探讨了热处理对合金组织及力学性能的影响,并揭示了合金的强韧性机理与腐蚀机理。Mg-Al-Ca-Sn合金中二元相Mg17Al12、Al2Ca、Mg2Sn和Mg2Ca的合金形成热及结合能计算结果表明,Al2Ca与Mg2Sn具有较强的合金形成能力及结构稳定性。通过计算各相的态密度、Mulliken电子占据数、金属性和差分电荷密度,分析了相结构稳定性的机制。各相弹性常数计算结果表明,Al2Ca具有最强的抵抗变形能力,Mg2Sn的塑性最好。热力学性质计算结果表明,Al2Ca和Mg2Sn的Gibbs自由能低于Mg17Al12,即Al2Ca和Mg2Sn的晶体结构稳定性优于Mg17Al12相。因此,理论上通过添加Ca和Sn元素可以提高Mg-Al系合金的热力学稳定性。向Mg-7Al合金中添加2wt.%Sn元素可以细化晶粒,抑制Mg17Al12相的生长,并在组织中形成新相Mg2Sn,其以颗粒状弥散分布于基体中。由于合金组织细化、第二相数量的增加、Mg17Al12相形貌改善以及具有良好热力学性质的Mg2Sn相析出的综合作用,使得AT72合金表现出比Mg-7Al合金更优的室温及高温拉伸力学性能。AT72合金经T4固溶处理(400℃?20h)后,晶粒尺寸变化较小,Al和Sn元素固溶到基体中产生固溶强化;同时,由于Mg17Al12相分解,使得高熔点的Mg2Sn颗粒相的析出强化效果更加明显。T4处理后的AT72合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到276MPa、202.6MPa和10.6%,其比压铸态AT72合金分别提高了7.0%,18.2%和24.7%。T6(400℃?20h+200℃?15h)处理后,由于脆性相Mg17Al12的非连续析出以及Mg2Sn相的粗化,造成AT72-T6合金强度和塑性的下降。不同Sn含量对Mg-7Al-1Ca合金的组织、力学性能和腐蚀性能有着明显的影响。Sn元素的加入可以有效地细化合金晶粒,改变第二相的数量和形貌。添加Sn元素可以抑制(Mg,Al)2Ca(C36)的形成,导致了CaMgSn和Mg2Sn相的形成。随着Sn元素的添加Mg-7Al-1Ca合金的力学性能和耐蚀性能得到明显地改善。Mg-7Al-1Ca-0.5Sn合金表现出最优的室温拉伸性能和冲击韧性,其值分别为σb=258.36MPa、σ0.2=188.08MPa、δ=10.21%和Ak=25J。Mg-7Al-1Ca-1.0Sn合金表现出最优的高温拉伸性能和硬度,其值分别为σb=175.47MPa、σ0.2=132.65MPa、δ=15.39%和61.9HB。失重试验和电化学试验结果表明,少量的Sn能够提高合金的腐蚀电位,降低腐蚀电流密度,明显地提高合金的耐蚀性,但随着Sn含量的增加,大量非连续的金属间化合物会恶化高Sn含量合金的耐蚀性。热处理后Mg-7Al-1Ca-xSn合金晶粒粗化,使得合金力学性能的改善效果较小。