Mg-Sn-Gd三元系富镁角300～500℃等温截面的研究

论文摘要

Mg-Sn基镁合金由于存在高熔点热稳定相Mg2Sn而被视为潜在的抗蠕变耐热镁合金,最近受到广泛关注。稀土元素（RE）在Mg中有较大的固溶度,可与Mg生成熔点高、热稳定性强的Mg-RE相,因而Mg-RE镁合金具有优异的耐热性能。向Mg-Sn合金添加少量Di（Nb∶Pr=3∶1）、MM（misch-metal）等稀土元素后,形成具有更高稳定性的Di-Sn二元化合物或Mg-Sn-MM三元化合物,使得合金的综合力学性能优于AE42镁合金。作为合金化改性的基础,有关Mg-Sn-RE系相图的研究鲜有报道,使得新型Mg-Sn-RE合金的研发仍然处于尝试法。Mg-Sn-Y体系已被我们研究组证明具有较好的综合力学性能。Gd与Y的物理化学性质相似,预示着Mg-Sn-Gd系合金具备提高镁合金耐热性能的潜力。本研究采用合金法对Mg-Sn-Gd三元系富镁角等温截面进行研究,为优化Mg-Sn-Gd基新型镁合金的设计提供一些有价值的信息。本研究分别熔制了5个成分的Mg-Sn-Gd三元合金,分别进行300℃/3000h、400℃/1000h和500℃/500h平衡热处理。借助扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和扫描电镜能谱（SEM-EDS）分析等实验手段,分别对Mg-Sn-Gd三元系的铸态组织和经300～500℃处理的平衡组织进行了研究,绘制了三元系富镁角300℃、400℃、500℃的等温截面相图。在铸态合金的研究中,首次发现了化学计量比（Mg∶Sn∶Gd）接近于1∶1∶1的三元化合物,测定了该化合物的X射线衍射峰位;Sn与Gd在α-Mg中具有一定的固溶度,但不可同时固溶于α-Mg基体中;摩尔量比Sn/Gd＞1的合金中存有（Mg+Mg2Sn）共晶组织,而当摩尔量比Sn/Gd＜1时,三元合金中无（Mg+Mg2Sn）共晶组织生成。300～500℃长时间平衡处理的结果表明,Mg-Sn-Gd三元系存在稳定的MgSnGd三元化合物,该化合物在一定成分范围内存在,且其成分范围在300～500℃受温度变化的影响很小。该体系中不存在Sn-Gd二元化合物与α-Mg平衡的相关系。在300～500℃,Sn与Gd在α-Mg中具有一定的固溶度,但不可同时固溶于α-Mg基体中。Mg-Sn-Gd三元系富镁角300～500℃等温截面相图均存在（α-Mg+Mg2Sn+MgSnGd）和（α-Mg+Mg5Gd+MgSnGd）两个三相平衡区以及（α-Mg+MgSnGd）,（α-Mg+Mg2Sn）,（α-Mg+Mg5Gd）,（Mg5Gd+MgSnGd）,（Mg2Sn+MgSnGd）五个两相平衡区。相区位置在300～500℃随温度变化没有明显改变,说明这些化合物在300～500℃很稳定。Mg-Sn-Gd三元系中由于存在MgSnGd和Mg5Gd高熔点相,通过合适的成分设计和制备工艺控制,该体系有可能成为一种潜在的新型耐热镁合金体系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 镁及镁合金概述
• 1.1.1 镁及镁合金的特点
• 1.1.2 镁合金的应用状况
• 1.1.3 镁合金的发展方向
• 1.2 Mg-Sn相关耐热镁合金研究现状
• 1.3 相图及其构建方法
• 1.3.1 相图及其应用
• 1.3.2 等温截面相图的构建
• 1.5 Mg-Sn-Gd相关体系相图研究
• 1.5.1 Mg-Sn相图研究
• 1.5.2 Mg-Gd相图研究
• 1.5.3 Sn-Gd相图研究
• 1.5.4 Mg-Sn-Gd三元相图研究
• 1.6 意义及目标
• 第二章 实验材料和方法
• 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 试样的平衡处理
• 2.4 检测分析方法
• 2.4.1 X射线衍射分析（X-ray Diffraction,XRD）
• 2.4.2 扫描电镜分析（Scanning Electron Microscope,SEM）
• 第三章 Mg-Sn-Gd铸态合金研究
• 3.1 实验结果
• 3.2 分析与讨论
• 3.3 本章小结
• 第四章 Mg-Sn-Gd三元系等温截面研究
• 4.1 400℃等温截面研究
• 4.2 500℃等温截面研究
• 4.3 300℃等温截面研究
• 4.4 分析与讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论和未来工作建议
• 5.1 结论
• 5.2 未来工作建议
• 参考文献
• 致谢