Al-，4-C-，3-的原位制备及在AZ91D镁合金中的作用研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文AlC的原位制备及在AZ91D镁合金中的作用研究姓名：康柳根申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：刘生发20071201摘要在无可控气氛保护条件下采用粉末原位合成工艺成功制备了具有良好界面的M g - A b , C 3 和A I - A h C 3 中间合金通过合理选择反应物粉末的粒度、配比以及反应温度与时问等参数，可以有效控制中间合金A h C 3 颗粒的百分含量与尺寸利用X R D 、S E M 和E D S 分析不同工艺参数下中间合金的物相组成、微观形貌及微区成分，确定了不同体系制备中伺合金的最佳工艺参数结果表髓，A L C体系的合成温度不低于9 0 0 ℃，保温时间不少于1 ．5 h ，而M g - A I ．C 体系的合成温 度不低于7 0 0 ℃，保温时间不少于1 h 为进一步揭示粉末原位合成法制备中间合金的反应机理，建立了石墨颗粒与铝液间的反应动力学模型A 1 4 c 3 是高熔点陶瓷相，在镁合金熔体中具有良好的热稳定性，其晶体结构与a ．M g 相同，而且两者的品格常数相近，是Q ．M g 的良好异质晶核采用A 1 4 C 3 颗粒作为镁合金晶粒细化剂可有效解决传统碳质孕育法中直接加入含碳物质所带来的问题，如石墨颗粒难以润湿、M g C O j 引入杂质、C 2 C 1 6 污染环境等等。

另外，这些含碳物质的加入难以定量分析合金中A 1 4 C 3 颗粒的含量因此，A L I C 3 中间合金作为镁及镁合金晶粒细化剂极具优势以目前应用最为广泛的A z 9 1 D 镁合金为研究对象，选用原位制备的M g - 5 0 ％A h C 3 中间合金为孕育剂，研究A 1 4 C 3 的加入量对合金组织的细化作用及 对性能的影响，同时也探讨了A 1 4 c 3 对合金的晶粒细化机制研究结果表明，A 1 4 C 3 可显著的细化A Z 9 1 D 合金的c t ．M g 晶粒，在含1 ．0 ％A 1 4 C 3 时可获得最细小的晶粒组织，使基体合金的平均晶粒尺寸由1 4 ．2 ．9 , u m 减小至6 3 ．5 , u m 另外，A J 4 C ，的加入导致6 ．M g l 7 A 1 1 2 相由大块骨骼状的完全离异共晶转变成B 相内部存在a ．M g 的蜂窝状部分离异共晶，而且p 相的尺寸变小、分布更趋弥散合金经固溶处理后B 相几乎完全溶于a ．M g 固溶体，但晶粒尺寸有粗化倾向，合金的力学性能略有提高经T 6 处理后，1 3 相在a ．M g 晶内和晶界处以连续和非连续两种方式析出，形成层片状组织。

A 1 C 3 的添加使合金热处理后的力学性能显著提高，但延伸率变化有限极化曲线测试表明，加入少量的A 1 4 c 3颗粒对合金的耐腐蚀性能略有改善关键字：A 1 4 C 3 ，A Z 9 1 D 镁合金，粉末原位合成，晶粒细化，力学性能A b s t r a c tF i n ep h a s ei n t e r f a c eM g - A 1 4 C 3a n dA I 拍山c 3m a s t e ra l l o y sw e r es u c c e s s f u l l yp r c p a r o db yp o w d e ri n - s i t us y n t h e s i su n d e rn o n - c o n t r o l l a b l ea t m o s p h e r e ．O b t a i n i n gc e r t a i np e r c e n t , p a r t i c l es i z eo f A l 4 C 3i nm a s t e ra l l o y sw e r ep o s s t h l et h r o u g hc h o o s i n g a p p r o p r i a t e 弘帅慨s u c ha sp r o p o 札i o na n dp a r t i c l es i z eo fr e a o a a t s , r e a c t i o n t m p e r a t u r ea n dh o l d i n gt i m e ．U s i n gX R D ( X - r a yd i f f r a c t i o n ) 、S E M ( s c r a ge l e c h o nm i c r o s c o p e ) a n dE D S ( e n e r g yd i s p e r s i v es p e c t r o m e t e r ) a n a l y z e dp h a s e sc o m p o s i t i o n s , m i c r o - m o r p h o l o g ya n dm i c r o - a r e ac o m p o s i t i o n , f i n a l l yd e t e r m i n i n gt h eo p t i m a lp r o c e d u r ep a r a m e t e r so fp r e p a r i n gm a s t e ra l l o y su n d e rd i f f e r e n tr e a c t a n t s ’p r o p o r t i o n ．皿er e s u l t ss h o wt h a tt h er e a c t i o nt e m p e r a t u r eC a l l ’tl e s st h a n9 0 0 “ Ca n dt h eh o l d i n gt i m em o r et h a n1 ．5 hf o rA I —Cs y s t e mw h i l et h er e l e v a n tp a r a m e t e r sa r c7 0 0 ’Ca n dl h , r e s p e c t i v e l y ．I no r d e rt Of u r t h e rr e v e a lt h er e a c t i o nm e c h a n i s ma m o n g( M g ) - m ·Cb yp o w d e ri n ·s i t us y n t h e s i s ，ad y n a m i cm o d e li sb u i l tb e t w e e ng r a p h i t ep a r t i c l e sa n dm e l t e dA I ． A h C 3i sah i g hm e l t i n gp o i n tc e r a m i cp h a s ea n dk e e p sw e l lt h e r m a ls t a b i l i t yi nm e l t i n gm a g n e s i u ma l l o y ．T h el a t t i c ep a r a m e t e ro fA 1 4 C 3i ss i m i l a rw i t ha ·M g , S Oi ti sa b l et oa c ta sf m eh e t e r o g e n e o u sn u c l e if o ra —M g ．M a g n e s i u mi sd i f f i c u l tt of o r ms t a b l ec a r b i d e ．M o r e o v e r , a d d i n gA 1 4 C 3a sg r a i nr e f i n e m e n ti nm a g n e s i u ma l l o yi sa b l et os o l v es e r ／a l so fp r o b l e m sb r o u g h tb yd i r e c ta d d i t i o nc a r b o nc o n t a i n i n gp a r t i c l e si n t om e l t i n ga l l o yi nt r a d i t i o n a lc a r b o ni n o c u l a t i o n ，s u c ha sb a dw e t t a b i l i t yo fg r a p h i t e ，i n t r o d u c i n gi m p u r i t yo fM g C 0 3 ，p o l l u t i n ga i ro fC 2 C 1 6a n dS Oo n , a n da d d i n gt h e s ek i n d so fc a r b o nc o n t a i n i n gp a r t i c l e si sa l s oh a r dt Oq u a n t i t a t i v ea n a l y s i st h ef o r m a t i o no fi n o c u l a t i o n ．S o , A 1 4 c 3i sv e r ya t t r a c t i v ea n dp o t e n t i a lo ng r a i nr e f i n i n gf o rm a g n e s i u ma n dm a g n e s i u ma l l o y s ．T a k i n gt h em o s tw i d e l yu s e dA Z 9 1 Dm a g n e s i u ma l l o ya sr e s e a r c ho b j e c ta n dc h o o s i n gM g 一5 0 ％A 1 4 C 3m a s t e ra l l o ya sg r a i nr e f i n e m e n ti n v e s t i g a t e do ng r a i nr e f i n e m e n ta n dp r o p e r t i e se f f e c to fa l l o yw i t hd i f f e r e n ta m o u n to fA h C 3a d d i t i o n ．F i n a l l y , t h eg r a i nr e f i n i n gm e c h a n i s mo f A l 4 C 3W a sd i s c u s s e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eg r a i n so fa ·M gi nA Z 9 I Da l l o yi sa p p a r e n tr e f i n e da f t e ra d d i n gA 1 4 C 3 ．W h i l ea d d i n g1 ．0 ％A 1 4 C 3 ，t h eg r a i ni sm o s tr e f i n e d ，a n dt h ea v e r a g eg r a i ns i z eo fA Z 9 1 Da l l o yd e c r e a s e sf r o m14 2 ．即mt o6 3 ．和m ．I na d d i t i o n ，A ] 4 C 3t r a n s f o r m sb u l ks k e l e t a lf u l l y —d i v o r c e de u t e c t i c6 - M g l 7 A I t 2p h a s e si n t oUh o n e y c o m bl i k ep a r t i a l l y - d i v o r c。