镁合金长周期有序（LPO）相的热力学稳定性与合金设计探索

LPO镁合金具有超高强度和良好塑性，是极具发展潜力的高性能镁合金结构材料。但目前LPO镁合金研究中存在着两个主要问题，即对LPO相热力学本质认识不够和缺乏合金设计的主动性，这使合金潜能没有得到充分发挥。本研究拟通过对LPO相层错能、相平衡和热力学的研究，揭示LPO相转变的热力学本质，确定形成稳态或亚稳LPO相的合金化条件；通过对LPO相热力学稳定性的研究，预知形成稳态LPO相的合金体系，确定稳态LPO相存在的成分和温度空间；在此基础上，实现以提高LPO相热力学稳定性、调整相成分、控制相体积分数和设计相转变方式为主要内容，以提升力学性能为主要目标的LPO镁合金成分设计。我们希望通过这项研究，能够对LPO相本质、相转变和合金化有进一步的了解和认识，探索建立LPO镁合金成分设计的方法，并通过合金设计带动LPO镁合金的开发水平有实质性的提高。

本研究通过对Mg-TM-RE (TM=Cu, Ni, Zn; RE=Y, Gd, Dy, Er)体系相变、相平衡的实验研究和热力学理论分析，确定了镁合金中长周期有序相，即LPO相的结构、稳态存在的成分和温度空间，建立了与LPO相相关的相变与相平衡关系，搞清了LPO相的形成与演变行为，建立了LPO相的热力学稳定性，为LPO镁合金设计提供了理论支持。研究结果表明，LPO相成分范围十分有限，因此LPO镁合金设计需遵循严格的TM/RE比，本研究准确测定了不同合金化条件下(Mg)/LPO相平衡成分，为LPO镁合金设计提供了准确的相分数设计依据和TM/RE比值；合金化对LPO相热力学稳定性影响很大，在过渡族元素Cu、Ni、Zn和稀土元素Y、Gd、Dy、Er之间，Zn、Y合金化得到的LPO相热力学稳定性最高；研究首次建立了Mg-Zn-Gd、Mg-Zn-Tb、Mg-Zn-Dy、Mg-Ni-Y、Mg-Ni-Gd、Mg-Cu-Y和Mg-Cu-Gd三元系富Mg区域相图，修正了Mg-Zn-Y三元系相图；在实验研究基础上，构建了LPO镁合金热力学数据库。