论文部分内容阅读
含长周期有序堆垛(long-period stacking ordered,简称LPSO)结构的Mg-Zn-Y系合金,因其特殊的显微组织,理想的力学性能而迅速成为工程应用以及生物医用材料领域的研究热点。但Mg-Zn-Y中含有粗大树枝晶以及鱼骨状W相,使得自身力学性能以及腐蚀性能的提高受限,因此改善Mg-Zn-Y合金的组织形态成为研究方向。
本论文首次在Mg-Zn-Y合金体系中添加微合金化元素V,研究其在含有长周期堆垛有序结构镁合金中的作用机理。利用多种测试手段,探索了微合金化元素V对不同状态(铸态、固溶态、挤压态)下的合金微观组织结构形成和调控的影响规律,揭示了铸态、固溶态、挤压态合金的微观组织结构对合金力学性能与腐蚀性能的影响规律。主要结论如下:
(1)铸态Mg-Zn-Y-(V)合金主要包括α-Mg基体相,18R LPSO结构(Mg12YZn)以及鱼骨状的W相(Mg3Y3Zn2)。通过V微合金化,有效改善了Mg-Zn-Y合金的组织形态,包括晶粒细化,树枝晶减少,有效强化相18R LPSO结构增多,鱼骨状W相减少并细化,第二相(18R LPSO结构和W相)由共生生长转变为离异生长。通过固溶处理,18R LPSO结构与W相部分溶解并在基体内部形成层片状的14H LPSO结构,未溶解的W相发生球化。通过正挤压变形,合金发生动态再结晶,晶粒进一步显著细化,W相被挤碎分布更加均匀弥散,部分18R LPSO与14H LPSO结构发生扭折,并沿挤压方向被拉长呈纤维状。
(2)通过V微合金化后,铸态Mg-Zn-Y-V合金较Mg-Zn-Y合金而言,组织细化以及第二相之间更加紧密的连接方式都促使铸态合金力学性能提高。固溶处理后W相球化,降低了其对力学性能的不利影响,14H LPSO结构的析出以及V元素的固溶强化都促进合金力学性能的提高。通过正挤压,显著的组织细化与LPSO扭折共同促使合金力学性能大幅提高。经过V微合金化、固溶处理与正挤压变形三种强化途径后的合金的极限拉伸强度和伸长率分别达到307MPa和20%,比铸态Mg-Zn-Y合金分别提高了103%和111%。
(3)通过V微合金化后,铸态合金中第二相由共生生长转变为离异生长,第二相排列更加紧密,腐蚀液侵蚀通道封闭。另外V的存在以及微合金化后的晶粒细化都使腐蚀产物膜更加稳定,有利于提高合金的耐蚀性。固溶处理后析出的14H LPSO结构促使产物膜更加致密,保护性更强,另外W相球化使得腐蚀液的入侵通道封闭,所以合金的耐蚀性提高。通过提高正挤压变形的速度,使动态再结晶体积分数升高,组织均匀性提高,W被挤碎后阴极效应减弱,合金的腐蚀模式倾向于均匀腐蚀,耐蚀性大幅提高。经过V微合金化、固溶处理与正挤压变形三种强化途径后的合金失重速率为1.93mmy-1,比铸态Mg-Zn-Y合金降低了85%。
本论文首次在Mg-Zn-Y合金体系中添加微合金化元素V,研究其在含有长周期堆垛有序结构镁合金中的作用机理。利用多种测试手段,探索了微合金化元素V对不同状态(铸态、固溶态、挤压态)下的合金微观组织结构形成和调控的影响规律,揭示了铸态、固溶态、挤压态合金的微观组织结构对合金力学性能与腐蚀性能的影响规律。主要结论如下:
(1)铸态Mg-Zn-Y-(V)合金主要包括α-Mg基体相,18R LPSO结构(Mg12YZn)以及鱼骨状的W相(Mg3Y3Zn2)。通过V微合金化,有效改善了Mg-Zn-Y合金的组织形态,包括晶粒细化,树枝晶减少,有效强化相18R LPSO结构增多,鱼骨状W相减少并细化,第二相(18R LPSO结构和W相)由共生生长转变为离异生长。通过固溶处理,18R LPSO结构与W相部分溶解并在基体内部形成层片状的14H LPSO结构,未溶解的W相发生球化。通过正挤压变形,合金发生动态再结晶,晶粒进一步显著细化,W相被挤碎分布更加均匀弥散,部分18R LPSO与14H LPSO结构发生扭折,并沿挤压方向被拉长呈纤维状。
(2)通过V微合金化后,铸态Mg-Zn-Y-V合金较Mg-Zn-Y合金而言,组织细化以及第二相之间更加紧密的连接方式都促使铸态合金力学性能提高。固溶处理后W相球化,降低了其对力学性能的不利影响,14H LPSO结构的析出以及V元素的固溶强化都促进合金力学性能的提高。通过正挤压,显著的组织细化与LPSO扭折共同促使合金力学性能大幅提高。经过V微合金化、固溶处理与正挤压变形三种强化途径后的合金的极限拉伸强度和伸长率分别达到307MPa和20%,比铸态Mg-Zn-Y合金分别提高了103%和111%。
(3)通过V微合金化后,铸态合金中第二相由共生生长转变为离异生长,第二相排列更加紧密,腐蚀液侵蚀通道封闭。另外V的存在以及微合金化后的晶粒细化都使腐蚀产物膜更加稳定,有利于提高合金的耐蚀性。固溶处理后析出的14H LPSO结构促使产物膜更加致密,保护性更强,另外W相球化使得腐蚀液的入侵通道封闭,所以合金的耐蚀性提高。通过提高正挤压变形的速度,使动态再结晶体积分数升高,组织均匀性提高,W被挤碎后阴极效应减弱,合金的腐蚀模式倾向于均匀腐蚀,耐蚀性大幅提高。经过V微合金化、固溶处理与正挤压变形三种强化途径后的合金失重速率为1.93mmy-1,比铸态Mg-Zn-Y合金降低了85%。