朔城区供应新型超塑性镁合金供应新型超塑性镁合金

来源：上海隆司新材料科技有限公司 时间：2024-05-19 13:45:13 [举报]

镁合金作为轻的金属结构材料，在航空航天、武器装备、汽车、3C电子等领域具有的应用潜力。低的室温塑性一直是限制镁合金广泛应用的主要阻碍之一。HCP结构提供了有限数量的可激活的滑移系统，并且只有两个立的基面滑移系统易于激活，远不能满足Von Mises/Taylor准则。获得超细晶 (约1 μm及以下) 是提高镁及其合金室温塑性的重要手段，然而获得超细晶往往需要特殊的设备和工艺，限制了广泛推广应用。

合金化是提升镁合金塑性的有效方法，起到细化晶粒、弱化强基面织构、强化基面滑移、开启非基面滑移、诱导孪生的作用。大量研究表明通过添加稀土元素（RE），如Y、Nd、Ce、Gd和Ab等，能够有效地弱化织构，提升室温塑性。如图1所示，Mg-0.2Ce合金延伸率高达~38%，Mg-1.6Zn-0.5Gd合金延伸率达到~30%。基于滑移基线分析，Gd和Y元素的加入有助于开启非基面滑移，起到协调晶粒c轴应变的作用，满足Von Mises原则，即满足开启塑性变形的基本条件：存在至少五个立的滑移系。透射（TEM）分析进一步表明，Gd和Y元素有助于促进非基面滑移，使晶粒发生旋转并取向随机，起到弱化基面织构的作用。基于多晶弹塑性模型，Mg-1Y合金中非基面滑移的开启将影响织构演变，形成沿RD方向倾斜的双峰织构。

根据密度泛函理论（DFT），大部分非稀土元素，如Al、Zn或Ag，有助于提升Ⅰ型锥面和Ⅱ型锥面间交滑移激活能垒，阻碍交滑移开启，通常会对塑性产生不利影响。然而，Mg-3Al-1Zn（AZ31）合金的塑性通常纯镁，归因于纯镁存在明显的剪切带和大量二次孪晶，导致塑性变形不稳定，易产生应力集中。近期，Ahmad等人使用DFT理论预测了含有大量新型合金元素（如K、Sr和Li）的三元和四元非稀土Li-Al、Li-Zn基合金的塑性变形能力。通过引入塑性因子χ，对交滑移阻力加以表达，量化合金元素提升塑性的效果。当塑性因子χ= 1时，交滑移速率PB转变速率10倍，足以显著提升塑性；当塑性因子χ< 0时，将对塑性产生不利影响。此研究可进一步预测含有Sr、Mn、K、Sn、Ca和Zr元素的多元镁合金的塑性变形行为。通过对比Mg-Al-Zn-Ca-Mn、Mg-Zn-Sr及Mg-Mn-Sr合金实验结果，证实了理论的准确性。

Ca可起到与稀土元素相近的作用，降低c/a比值、弱化织构、细化晶粒、促进非基面滑移开启。通过高速挤压（24 m/min），Mg-1Al-0.3Ca-0.5Mn合金不仅可保持较高的屈服强度（~287 MPa），还具有~20%的高延伸率。基于基面-柱面位错交滑移不但可以加速峰时效，还可以显著提升塑性。Mn的加入可降低柱面滑移CRSS，对塑性提升产生有利作用，Mg-1Mn合金具有~39%的高延伸率。Li的加入同样可提升镁合金塑性，促使基轴由基面取向旋转至横向（TD）。随Li含量由5%升高至11%，Mg–xLi–3Al–1Sn–0.4Mn合金延伸率由~16%提升至~35%，归因于晶格类型由密排六方转变为体心立方且基面织构有所弱化。综上所述，多元合金化设计将为新型高塑性镁合金的发展开辟新道路。

粗晶纯镁[1]和镁合金的高温蠕变行为在早期的报道中有详细的描述。结果表明，平均晶粒尺寸为~80 μm的纯镁的蠕变速率控制机制是位错在高温和高应力下沿位错交叉滑移爬升至~600 ~ 750 K，在高温和低应力下向Nabarro-Herring扩散蠕变过渡。

一、镁合金材料优点

1、重量轻

镁合金作为一种轻质金属结构材料，其密度为铝的2／3、钢的1／4；在同等刚性条件下， 1Kg镁合金的坚固度等于18Kg铝和2.1Kg钢，这一特性对于现代手提类产品的重量减轻及车辆能耗减少有重要意义。

2、吸震性能高

镁有的滞弹吸震性能，可吸收震动与噪音。在相同载荷下，其减振性是铝的100倍、钛合金的300~500倍，抗冲击性是塑料的20倍。用于设备机壳可减少噪音传递、提高防冲击与防凹陷能力。
3、切削性能良好

镁有良好的切削性能，能接受较高的切削速度，可减少切削加工时间，延长刀具使用寿命；有优良的表面光洁度，并可一次切削获得，极少出现积屑瘤；有良好的断屑特性及温度传导性，可免于使用冷却液或润滑液。

4、再生性

废旧镁合金铸件可再熔化作为AZ91D、AM50或AM60的二次材料进行铸造。由于压铸件的需求不断增长，可回收的能力是非常重要的，也更符合环保要求。

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