氢处理—塑性变形制备细晶镁基材料工艺过程研究

论文摘要

镁合金因为其优良的物理和力学性能,在航空航天、汽车、电子器件等行业上的应用,但镁合金的密排六方晶体结构决定了其塑性变形能力较差,限制了它的应用范围。研究表明,晶粒细化是提高镁合金塑性的重要方法,所以本文研究目的为获得一条制备细晶Mg-3Ni-2MnO2-3Al-Zn块体材料的工艺路线。本文在Mg-3Ni-2MnO2镁基储氢材料的研究基础上,针对其添加了Al、Zn两种元素,在氢气氛下对两种不同成分的材料进行机械球磨,并探讨了充氢条件下球磨参数对镁基材料在球磨过程中的组织结构变化与氢化反应进程的影响,寻找出最佳球磨工艺条件;并得到了平均晶粒尺寸小于25nm的氢化态镁基粉末。本文利用X射线衍射（XRD）分析了粉末成分并且利用扫描电镜（SEM）观察球磨后的粉末形貌,对比分析添加Al、Zn后晶粒尺寸的变化。发现经过球磨40h后两种成分的镁基材料的晶粒尺寸都小于25nm以下。本文针对上述工艺条件下得到的不同时间不同成分的镁基粉末,进行差热分析（DSC）,得到MgH2脱氢最佳温度参数,并通过实验摸索确定了预制坯主要热压工艺参数。实验表明球磨20h和40h的粉末脱氢温度为330℃,而球磨60h的粉末由于粉体进一步细化,造成传质传热速率下降,故同等脱氢速率下脱氢温度为380℃。预制坯热压工艺最佳工艺参数:热压最大压力为221MPa;热压温度分别是球磨20h和40h粉末的温度为330℃,球磨60h粉末的温度为380℃;热压后材料的致密度是85%。在热压预制坯的基础上,本文进行了基于以上工艺的细晶镁合金的包套挤压致密工艺的研究。研究了不同工艺参数对材料组织与固结致密的影响,获得高致密、细晶粉末冶金镁合金挤压棒材,并得到最佳温度与制备的工艺条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁基储氢材料研究概况
• 1.2.1 镁基储氢材料的研究进展
• 1.2.2 若干重要镁基材料储氢性能
• 1.3 镁基合金体系研究现状
• 1.3.1 Mg-Ni 合金体系的研究概括
• 2、Al、Zn 对镁基合金性能的影响'>1.3.2 添加元素MnO₂、Al、Zn 对镁基合金性能的影响
• 1.4 镁合金粉末的冶金技术研究
• 1.4.1 机械球磨与HDDR 法制备镁基粉末的研究
• 1.4.2 粉末固结致密化技术
• 1.5 本论文研究的内容
• 1.5.1 氢气氛下机械球磨制备氢化态纳米晶镁基粉末的工艺研究
• 1.5.2 氢化态纳米晶镁基粉末的真空脱氢-热压预制坯工艺研究
• 1.5.3 纳米晶镁基粉末的温挤压工艺研究
• 1.5.4 细晶粉末冶金镁基材料的综合性能研究
• 第2章 材料、设备及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验用主要设备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 球磨驱动氢化-歧化实验
• 2.3.2 真空脱氢-热压预制坯试验
• 2.3.4 温挤压试验
• 2.4 材料组织结果分析测试方法
• 2.4.1 X－射线衍射分析（XRD）
• 2.4.2 扫描电镜（SEM）
• 2.4.3 激光共聚焦显微镜
• 2.4.4 差示扫描量热分析（DSC）
• 2.5 材料的力学性能分析测试方法
• 第3章 机械力驱动镁基材料氢化-歧化反应
• 3.1 引言
• 3.2 镁基合金氢化-歧化过程初步研究
• 3.2.1 球磨时间对氢化-歧化过程相变的影响
• 3.2.2 加入Al、Zn 对氢化-歧化过程相变的影响
• 3.2.3 球磨时间对晶粒形貌及尺寸的影响
• 3.3 Al、Zn 的添加对晶粒形貌及尺寸的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 镁基粉末真空脱氢-热压预制坯工艺研究
• 4.1 引言
• 4.2 镁基材料脱氢-热压预制坯工艺介绍
• 4.3 镁基合金粉末脱氢的差热分析（DSC）
• 4.4 镁基材料真空脱氢过程分析
• 4.4.1 真空脱氢过程的机理
• 4.4.2 影响镁基材料放氢速率的组织结构因素
• 4.4.3 脱氢动力学分析
• 4.4.4 镁基材料脱氢时间与真空度的关系
• 4.5 热压预制坯工艺研究
• 4.6 本章小结
• 第5章 镁基材料包套挤压工艺研究
• 5.1 引言
• 5.2 包套挤压工艺参数的确定
• 5.3 挤压态镁基合金材料的X-射线衍射分析
• 5.4 挤压态镁基材料的组织性能
• 5.4.1 挤压态镁基的组织分析
• 5.4.2 挤压态镁基合金的力学性能
• 5.4.3 室温压缩后断口分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢