直流磁场作用下长周期结构增强Mg-Y-Cu合金凝固机理研究

In view of excellent performance and wide application prospect of magnesium alloy reinforced by 1ong period stacking ordered（LPSO）structure，preparation of Mg-Y-Cu alloy reinforced by LPSO structure under DC magnetic field is proposed in this project. Starting with revealing the relevance of DC magnetic field and formation of LPSO structure, influence law and formation mechanism of LPSO structure and crystal in Mg-Y-Cu alloy under DC magnetic field will be studied. On this basis, parameters of magnetic field and solidification rate will be optimized. Mg-Y-Cu alloy reinforced by LPSO structure under DC magnetic field will be prepared. The effect law of parameters of DC magnetic field on morphology, size, volume fraction and distribution of LPSO structure will be investigated. The relationship of LPSO structure, crystal, and mechanical properties of Mg-Y-Cu alloy will be researched. Method and theory of preparation of Mg-Y-Cu alloy reinforced by LPSO structure under DC magnetic field will be established. Research results will provide theoretical guidance and experimental basis for further optimization magnesium alloy reinforced by LPSO structure, and promote the research of high performance magnesium alloy actively.

鉴于新型长周期有序结构增强镁合金的优异性能及广阔的应用前景，针对18R型LPSO结构增强的镁合金铸态力学性能低的不足之处，本项目提出直流磁场作用下制备LPSO结构增强Mg-Y-Cu合金的研究。本项目拟从揭示直流磁场与LPSO结构形成的关联性入手，研究直流磁场对Mg-Y-Cu合金中LPSO结构和结晶织构的影响规律，探明直流磁场作用下LPSO结构和结晶织构的形成机制。在此基础上，优化磁场参数和凝固速度并在直流磁场下制备LPSO结构增强的Mg-Y-Cu合金；研究直流磁场处理参数对LPSO结构的形貌、尺寸、体积分数和分布的影响规律；研究LPSO结构、结晶织构与合金力学性能之间的关系，建立基于直流磁场作用下制备LPSO结构增强镁合金的方法和理论。研究成果将为进一步优化LPSO结构增强镁合金的制备提供理论指导和实验依据，对我国高性能镁合金的研究起着积极的推动作用。

鉴于新型长周期有序结构增强镁合金的优异性能及广阔的应用前景，针对18R型LPSO结构增强的镁合金铸态力学性能低的不足之处，本项目提出了直流磁场作用下制备LPSO结构增强Mg-Y-Cu合金的研究。本项目研究了直流磁场对Mg-Y-Cu合金中LPSO结构和结晶取向的影响规律，探明了直流磁场作用下LPSO结构和结择优取向的形成机制，并在直流磁场下制备了LPSO结构增强的Mg-Y-Cu合金，建立了基于直流磁场作用下制备LPSO结构增强镁合金的方法和理论。研究取得重要结果如下：1）直流稳恒磁场对LPSO相的Gibbs自由能降低的影响比Mg基体的大，导致了Mg和LPSO的相平衡改变，从而提高了LPSO相的形成能力和稳定性，增加了LPSO相的体积分数，使其分布变的更加连续；直流稳恒磁场通过降低择优生长方向的驱动力从而影响晶粒的长大过程而使Mg-Y-Cu合金产生明显的择优取向；由于结晶取向的改变，Mg-Y-Cu合金的抗拉强度和伸长率较无磁场处理的试样相比分别提高了97％和61％。2）直流脉冲磁场显著细化了Mg-Y-Cu合金的晶粒，提高了合金中LPSO相的形成能力和稳定性，但抑制了合金的择优取向；由于晶粒细化，LPSO相体积分数的提高和分布均匀性的改善，合金的力学性能明显提高，其抗拉强度和伸长率较无磁场处理的试样相比分别提高了42.5%和106%；电磁搅拌、电磁振动以及强大冲击力和惯性力的存在是直流脉冲磁场作用下Mg-Y-Cu合金凝固组织改善的主要原因。3）0.2%以下的Sr或1.2%以下的Zr可以细化Mg-Y-Cu合金的初生晶粒，提高LPSO相的体积分数和分布的均匀性，提高合金的综合力学性能。4）在直流稳恒磁场和Zr的复合作用下，虽然晶粒细化会抑制合金的择优取向，但在晶粒细化和择优取向的共同作用下，合金的综合力学性能还是高于单一的直流稳恒磁场处理或Zr处理。5）在直流脉冲磁场和Zr、Sr的复合作用下，Mg-Y-Cu合金的凝固组织和力学性能进一步改善；直流脉冲磁场主要是通过影响形核率来改善合金的凝固组织。6）经直流磁场-脉冲磁场、超声-脉冲磁场、机械振动-脉冲磁场复合处理后，Mg-Y-Cu合金的凝固组织及力学性能显著改善，其效果好于单一的直流脉冲磁场处理。项目取得研究成果为进一步优化LPSO结构增强镁合金的制备提供了理论指导和实验依据，对我国高性能镁合金的研究起着积极的推动作用。