-
镁合金稀土合金化的研究进展
摘要:镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料,具有密度低、比强度高、比刚度高、减振
性高等优点,被誉为
21
世纪绿色工程金属结构材
料。稀土元素由于具有独特的核外电子结
构,作为一种重要的合金化元素,在冶金、材料
领域起着独特的作用,例如净化合金熔体,
细化合金组织,
提高
合金力学性能和耐腐蚀性能等。
综述了稀土在镁合金中的行为,
介绍了
一系列重要的稀土元素对镁合金的组织和力学性能的影响,
并对稀土镁合金发展提出一些展
望。
关键词:稀土;镁合金;组织;性能
Abstract
:
Magnesium alloy is
the lightest metal structure
material
,
which has low
density and high
strength
,
high
stiffness ratio and high shock
absorption
.
It is known as
green metallic structural
materials in
the 21st century
.
Rare earth
elements as an important alloying element in
metallurgy
plays
a
unique
role
in
this
field
,
such
as
purification
of
molten
alloy
,
refinement
of
microstructure
,
improvement
of
mechanicaI
properties
and
corrosion
resistance
,
and
so
on
.
Behavior of
rare-earth in magnesium alloy is summarized in
this paper
.
Effects of a
series of
important
rare
earth
on
microstructure
and
mechanical
properties
of
magnesium
alloys
is
also
introduced
.
Some
outlook of rare-earth magnesium alloy is
made
.
Key
words
:
Rare-
earth
;
Magnesium Alloy
;
Microstructure
;
< br>Property
镁合金是继钢铁和铝合金之后发展
起来的第三类金属结构材料,
被誉为
“
21
世纪绿
色工程材料”
,也是目前在
实际应用中最轻的金属结构材料。镁合金具有比强度高、比
刚度高、
阻尼减振性能好以及优异的铸造、
切削加工性能和易回收等优点,
< br>在航空航天、
[1,2]
国防军事等领域具有极其重要的
应用价值
。
中国是镁资源大国,
镁资源
储量居世界第
一,随着很多金属矿产资源的日益枯竭,镁合金日益受到广泛关注。
随着我国经济和工
业的不断增强发展,
必将加
大在镁及镁合金方面研究和应用的投入,
镁合金必将有更为广阔
的前景和发展空间。
稀土元素由于
具有独特的核外电子结构,
作为一种重要的合金化元素,
在冶金
、
材料领
域起着独特的作用。
例如净化
合金熔体,
细化合金组织,
提高合金力学性能和耐腐蚀性能等<
/p>
[3]
。
作为合金化元素或微合金化元素
,
稀土已经被广泛应用于钢铁及有色金属合金中。
此外,
稀土加入镁合金中,
促进合金表面氧化膜由疏松变为致密,
降低合金在液态和固态下的氧化
[4]
倾向,从而
提升传统镁合金耐蚀、耐磨等性能
。
[1]
师昌绪,李恒德,王淀佐等,
加速我国金属镁工业发展的建议
[
J
]
,材料导报,
15(4)(2001)5.
[2]
, , etc.
Progressive Steps in the Platform Science and
Technology for Advanced
Magensium
Alloys, Materials Science Forum
[
J
]
, 2003(3).:419-422
[3]
余琨
,
黎文献
,
王日初
,
等
.
稀土
Ce
和
Nd
对
AZ31
镁合金耐蚀性能的影响
[J].
材料保护
,2007,40(11):6-10.
[4]
Wenjuan
Liu,Fahe
Cao,Linrong
of
rare
earth
element
Ce
and
La
on
corrosion
behavior
of
AM60
magnesiumalloy[J]
.
Corrosion
Science
,
2009(51)
:
1334
—
1343
< br>.
1.
稀土合金化的微观机理
稀土元素位于元素周期表第三副族,其结构特点是原子的最外层电子结构相同,都是
2
个电子,
次外层电子结构相似,倒数第三层
4f
轨道上的电子数从
0-14
各不相同。稀土原子半径大,极易失掉外
层两个
S
p>
电子和次外层
5d
一个电子或
4f
层一个电子而成
p>
3
价离子,某些稀土元素也能呈
2
价或
4
价态,
具有很高
的化学活性,与
O
、
S
等元素有较强的结合力
[
1
]
。由于合金组成成分决定显微组织结构及
[
< br>2
]
其宏观性能,一般而言,合金成分设计主要考虑四个
方面因素
:
(
1
)晶体结构因素。根据
Hume-Rhthery
Rules
固溶准则,金属结构相同、原子尺寸和电化学特征相
近的元素,才能形成无限固溶体。镁合金与稀土元素皆具有密排六方晶体结构(
hcp
),使得稀土元
素在镁合金中固溶度较大,几乎所有的稀土元素
对
α
-Mg
都有较好的固溶强化作用。
(
2
)原子
尺寸因素。溶质和溶剂原子大小差值在
15%
以内才形成无限固
溶体。大部分稀土元素与
镁的原子尺寸半径相差在
±
15%
围内(见图
1<
/p>
),各种稀土元素在镁中的溶解度不同,增加的顺序为
La
、混合稀土、
Ce
、
Pr
、
Nd
。稀土元素可增强镁合金原子间的结合力,减少原子扩散速度。
(
3
)电负性因素。溶质元素与溶剂元素之间电负性相差越大
,生成的化合物越稳定。
Darken-
Gurry
理论认为,电负性差值大于
7 8 &
的元素不易形成固溶体。表
为稀土元素在镁中的固
溶度与原子半
径差、电负性的关系
[
2
]
p>
刘光华
.
稀土固体材料学[
M
]
.
北京:机械工业出版社,
,1997
[
3
]
p>
张津,章宗和
.
镁合金及应用[
M
]
.
北京:化学工业出版社,
2004
[
4
]
p>
郭旭涛,
李培杰,
刘树勋,
等
.
稀土耐热镁合金发展现状及展望
[
G
]
7.
< br>铸造,
2002,51(2)
:
68-71
[
5
]
余琨
.
稀土变形镁合金组织性能及加
工工艺研究
[
D
]
.
长沙:
中南大学博士论文,
20
02
:
14-15
[
#
]
[3]
。
(
4
)原子价因素。溶质和溶剂的
原子价相差越大,则溶解度越小。
2.
稀土的阻燃作用
由于镁与氧极易发生
反应,
因此镁合金在熔炼和浇注过程中易氧化燃烧。
镁与氧反应
生
成的表面
MgO
膜,
致密度系数
α
Mg<1
,
p>
疏松多孔,
不能有效阻止氧穿透该氧化膜;
且
MgO
的导热系数小,
不利于热量的
扩散,
会加剧镁的氧化和燃烧。
稀土元素加入镁合金后,
与氧
发生反应或与
MgO
中氧发生置换反应生成稀土氧化物
RE2O3
,
该稀土氧化物的致密度系数
α
>l
,能够有效阻止氧穿透氧化膜与镁发生反应。
刘平平等研究了
Ca
、
Y
对
ZK60
镁合金阻燃性能的影响。
ZK60
镁合金中添加
p>
Ca
、
Y
阻燃作用
明显,相对于不加
Ca
、
Y
时。含
1
.
62
%
Ca
合金燃点可提高
171
℃。含
2
.
95
%
Y
燃点可提高
253
℃。
Ca
、
Y
复合加入时
(1
.<
/p>
96Y1
.
05Ca)
< br>燃点达到最高值,
在
845
℃保
温
30min
未燃烧。含
Ca
镁合金氧化膜分为三层,表层主要为
MgO
和<
/p>
ZnO
,中间层含大量
O
、
Mg
和
少量
Ca
,最内层含大量
O
、
p>
Mg
和较多
Ca
,
由三层氧化物组成的复杂氧化膜组成。含
Y
镁
-
-
-
-
-
-
-
-
-
上一篇:浅谈稀土在饲料添加剂中应用
下一篇:家庭教育的利弊