Mg-Ni-RE（RE=Y，Gd）合金富镁区相平衡的研究

论文摘要

最近一种"LPO"镁合金因其优异性能而受到广泛关注。2001年,Kawamura等通过快速凝固粉末冶金方法制备出室温下屈服强度高达610MPa、延伸率达到5%的LPO相增强Mg97Zn1Y2合金。进一步研究表明如此高的强度主要来自于LPO相强化和细晶强化。有报道称Mg-Ni-RE（RE=Y,Gd）合金中同样存在LPO相,但相关研究内容较少,不能证明LPO相的稳定性,也不能确定LPO相的成分。准确、可靠的Mg-Ni-RE（RE=Y,Gd）系相图信息,对于开发LPO镁合金具有重要的指导意义,因此本论文将通过实验方法,系统研究Mg-Ni-Y和Mg-Ni-Gd三元系富镁区域的相平衡,建立Mg-Ni-Y产Mg-Ni-Gd三元系相图,为LPO镁合金成分设计提供切实可靠的理论依据。本研究采用差热分析、光学显微分析、扫描电镜分析、能谱成分分析、电子探针微区成分分析和X射线衍射结构分析等实验分析手段,对Mg-Ni-Y三元系富镁区300、400和500℃的相平衡,以及Mg-Ni-Gd三元系富镁区450和500℃的相平衡进行分析和测定。具体的研究结果如下：（1）在Mg-Ni-Y三元系中存在着稳态的三元金属间化合物X相,即LPO相,它与（Mg）构成相平衡；X相具有较高的热力学稳定性,可以稳态存在至500℃：Mg-Ni-Y三元系X相的成分范围为3.42-5.85at.%Ni和3.82-11.50at.%Y；Mg-Ni-Y三元系中（Mg）+X两相区为一狭窄的成分区域,过量的Ni得到Mg2Ni相,过量的Y得到Mg24Y5相。（2）确定了Mg-Ni-Y合金富镁区300、400和500℃的等温截面图。Mg-Ni-Y合金300和400℃等温截面图中,富镁区存在两个三相平衡,即（Mg）+X+Mg2Ni和（Mg）+X+Mg24Y5构成；而在500℃下存在（Mg）+X+Mg2Ni和（Mg）+X+L两个三相平衡。（3）结合扫描电镜分析和DSC分析,根据所建立的Mg-Ni-Y三元系400℃和500℃的相平衡关系,确定Mg-Ni-Y三元系在约492℃发生一个三元共晶反应,即L→（Mg）+X+Mg2Ni。（4）在Mg-Ni-Gd三元系中同样存在着稳定的三元金属间化合物X相,它与（Mg）构成相平衡；Mg-Ni-Gd三元系X相的成分范围为3.68-5.34at.%Ni和5.67-8.68at.%Gd；实验准确测定了Mg-Ni-Gd三元相图中（Mg）+X两相区的成分范围,过量的Ni得到Mg2Ni相,过量的Gd得到Mg5Gd相。（5）确定了Mg-Ni-Gd三元系富镁区450和500℃的等温截面图,其450℃下存在（Mg）+X+Mg2Ni和（Mg）+X+Mg5Gd两个三相平衡；而500℃时存在（Mg）+X+Mg5Gd三相平衡。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 镁合金的概述
• 1.1.1 镁合金的特点
• 1.1.2 镁合金发展的局限性
• 1.1.3 镁及镁合金的发展史及其应用
• 1.2 镁合金的改性
• 1.2.1 合金化对镁合金组织性能的影响
• 1.2.2 长周期有序（LPO）相增强镁合金的研究现状
• 1.3 相图研究的概述
• 1.3.1 相图的发展
• 1.3.3 相图的构筑
• 1.3.4 相图的实验测定
• 1.4 Mg-Ni-RE（RE=Y,Gd）相关体系相图研究现状
• 1.4.1 Mg-Ni二元相图的研究
• 1.4.2 Mg-Y二元相图的研究
• 1.4.3 Mg-Gd二元相图的研究
• 1.4.4 Ni-Y二元相图的研究
• 1.4.5 Gd-Ni二元相图的研究
• 1.5 本研究的目的与意义
• 第2章 实验方法与原理
• 2.1 实验技术路线
• 2.2 合金制备
• 2.2.1 合金成分的选择
• 2.2.2 实验合金的熔炼
• 2.3 合金的平衡处理
• 2.4 检测分析方法
• 2.4.1 金相分析法
• 2.4.2 差热分析
• 2.4.3 扫描电镜分析
• 2.4.4 X射线衍射分析
• 2.4.5 电子探针微区成分分析
• 第3章 Mg-Ni-RE（RE=Y,Gd）合金铸态组织研究及DSC分析
• 3.1 Mg-Ni-Y合金铸态组织研究及DSC分析
• 3.1.1 Mg-Ni-Y合金铸态组织研究
• 3.1.2 Mg-Ni-Y合金铸态组织DSC分析
• 3.1.3 分析与讨论
• 3.2 Mg-Ni-Gd合金铸态组织研究及DSC分析
• 3.2.1 Mg-Ni-Gd合金铸态组织研究
• 3.2.2 Mg-Ni-Gd合金铸态组织DSC分析
• 3.2.3 分析与讨论
• 第4章 Mg-Ni-Y合金富镁区相平衡的研究
• 4.1 Mg-Ni-Y合金富镁区300℃组织分析及等温截而图的测定
• 4.1.1 （Mg）+X两相平衡
• 24Y₅三相平衡'>4.1.2 （Mg）+X+Mg₂₄Y₅三相平衡
• 2Ni三相平衡'>4.1.3 （Mg）+X+Mg₂Ni三相平衡
• 4.1.5 Mg-Ni-Y合金富镁区300℃等温截面图的确定
• 4.2 Mg-Ni-Y合金富镁区400℃组织分析及等温截面图的测定
• 4.2.1 （Mg）+X两相平衡
• 2Ni三相平衡'>4.2.2 （Mg）+X+Mg₂Ni三相平衡
• 24Y₅三相平衡'>4.2.3 （Mg）+X+Mg₂₄Y₅三相平衡
• 4.2.4 Mg-Ni-Y合金400℃富镁区等温截面图的确定
• 4.3 Mg-Ni-Y合金500℃富镁区组织分析及等温截面图的测定
• 4.3.1 （Mg）+X两相平衡
• 2Ni三相平衡'>4.3.2 （Mg）+X+Mg₂Ni三相平衡
• 4.3.3 （Mg）+X+L三相平衡
• 4.3.4 （Mg）+L两相平衡
• 4.3.5 Mg-Ni-Y三元系富镁区500℃等温截面图的确定
• 第5章 Mg-Ni-Gd合金富镁区相平衡的研究
• 5.1 Mg-Ni-Gd合金450℃富镁区组织分析及等温截面图的测定
• 5.1.1 （Mg）+X两相平衡
• 5Gd三相平衡'>5.1.2 （Mg）+X+Mg₅Gd三相平衡
• 2Ni三相平衡'>5.1.3 （Mg）+X+Mg₂Ni三相平衡
• 5.1.4 Mg-Ni-Gd合金450℃富镁区等温截面图的确定
• 5.2 Mg-Ni-Gd合金富镁区500℃组织分析及等温截面图的测定
• 5.2.1 （Mg）+X两柑平衡
• 5Gd三相平衡'>5.2.2 （Mg）+X+Mg₅Gd三相平衡
• 5.2.3 Mg-Ni-Gd三元系500℃富镁角等温截面图的确定
• 第6章 Mg-Ni-RE（RE=Y,Gd）铸态及平衡处理典型合金组织比较与分析
• 6.1 Mg-Ni-Y铸态及平衡处理典型合金组织比较与分析
• 97Ni₁Y₂合金铸态及平衡处理组织比较与分析'>6.1.1 Mg₉₇Ni₁Y₂合金铸态及平衡处理组织比较与分析
• 95Ni_0.5Y_4.5合金铸态及平衡处理组织比较与分析'>6.1.2 Mg₉₅Ni_0.5Y_4.5合金铸态及平衡处理组织比较与分析
• 95Ni₄Y₁合金铸态及平衡处理组织比较与分析'>6.1.3 Mg₉₅Ni₄Y₁合金铸态及平衡处理组织比较与分析
• 91Ni_4.5Y_4.5合金铸态及平衡处理组织比较与分析'>6.1.4 Mg₉₁Ni_4.5Y_4.5合金铸态及平衡处理组织比较与分析
• 91Ni₈Y₁合金铸态及平衡处理组织比较与分析'>6.1.5 Mg₉₁Ni₈Y₁合金铸态及平衡处理组织比较与分析
• 6.2 Mg-Ni-Gd铸态及平衡处理典型合金组织比较与分析
• 97Ni₁Gd₂合金铸态及平衡处理组织比较与分析'>6.2.1 Mg₉₇Ni₁Gd₂合金铸态及平衡处理组织比较与分析
• 97Ni₁Gd₂合金铸态及平衡处理组织比较与分析'>6.2.2 Mg₉₇Ni₁Gd₂合金铸态及平衡处理组织比较与分析
• 93Ni₃Gd₄合金铸态及平衡处理组织比较与分析'>6.2.3 Mg₉₃Ni₃Gd₄合金铸态及平衡处理组织比较与分析
• 93Ni₅Gd₂合金及平衡处理组织比较与分析'>6.2.4 Mg₉₃Ni₅Gd₂合金及平衡处理组织比较与分析
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢