Mg-Al系合金凝固过程中Al8Mn5动态演化及协同调控Mg异质形核的微观机理研究

Al8Mn5 intermetallics are crucial to grain refinement and microstructural homogeneity of AZ alloys. A better understanding of the nucleation and growth mechanisms of Al8Mn5 intermetallics is required. Quantitative methods of synchrotron X-ray imaging techniques and analytical scanning electron are combined to pursue a comprehensive understanding of Al8Mn5. This study aims to 1) quantify nucleation and growth kinetics of Al8Mn5 during solidification, 2) determine settling velocities and remelting behaviour of Al8Mn5 during superheating, 3) shed a light on actual nuclei during superheating grain refinement of Mg-Al alloys, and its orientation relationship with neighbour ɑ-Mg grains. It is expected to reveal microstructural mechanisms underlies microstructural refinement in AZ91 magnesium alloy. The outcomes provide insights into heterogeneous nucleation theory, and microstructure control methods, as well as structure-property relationships in cast AM and AZ series alloys.

Al8Mn5金属间化合物对Mg-Al合金组织细化和耐蚀性能等具有重要影响，但其在凝固过程中的生成和演化规律以及与ɑ-Mg基体相的作用机理尚未完全清楚。本项目以AZ91合金凝固过程中的Al8Mn5 为研究对象，综合运用同步辐射X射线原位成像技术和分析电子显微表征技术，定量分析Al8Mn5颗粒的形核、长大、沉降、吸附等动态演化行为，同时解析Al8Mn5金属间化合物的物相组成、化学成分、晶体结构和生长取向。通过研究，建立Al8Mn5颗粒在凝固过程中动态演化的动力学模型，揭示ɑ-Mg晶粒细化中与Al8Mn5相产生交互作用的形核相，并阐明该形核相与ɑ-Mg 和Al8Mn5相的晶体学位向关系，以及诱发ɑ-Mg异质形核机理。项目的完成将丰富镁合金异质形核理论，同时为调控镁合金组织细化及均匀性提供参考。

Al8Mn5金属间化合物对Mg-Al合金微观组织的细化和和均匀性，以及合金耐蚀性能等具有重要影响。本项目针对Al8Mn5金属间化合物形性演化的微观机理，综合运用同步辐射X射线原位成像技术和分析电子显微表征技术，系统研究了不同的凝固条件下Al8Mn5颗粒形貌演化的主导因素；建立了Al8Mn5形核与长大的动力学模型；揭示了Al8Mn5与Mg合金晶粒细化的形核质点的内禀关系；阐明了Al-Mn-(Fe)化合物影响Mg-Al微区电偶腐蚀的微观机制。并进一步拓展厘清了Mg-Al合金中异质形核诱导离异共晶凝固的基本规律。项目成果对Mg-Al合金熔体处理经验性技术的内在科学机制和理论认识取得了明显突破，为调控镁合金组织细化及耐蚀性提供了重要的数据参考。