熔体高强度剪切作用下MgO对镁合金的晶粒细化作用及机理研究

镁合金由于活泼的化学性质，其熔体极易形成氧化膜。镁合金氧化膜由纳米尺寸的氧化镁颗粒组成，并且为松散结构。由于氧化镁比重比镁大，不可避免在熔体中含有一定量的氧化膜。氧化镁从晶体学的角度可以作为α-Mg的异质形核质点，初步研究已经表明熔体高强度剪切处理对镁合金具有显著的晶粒细化作用。本项目拟通过熔体高强度剪切处理，将熔体中业已存在的氧化膜破碎、分散为细小的氧化镁颗粒，并使其均匀分布于熔体，促进其形核以实现晶粒细化。通过自然形成、外加、原位生成（内生））等方式，系统研究熔体高强度剪切作用下氧化镁的产生方式、含量、尺寸大小等对其晶粒细化作用的影响，获得镁合金晶粒细化所需条件。通过扫描电镜、高分辨透射电镜等检测手段，分析并确认氧化镁细化晶粒的机理。并将熔体高强度剪切处理在镁合金DC铸造和废料回收再利用方面进行应用初试。为镁合金熔体处理、晶粒细化开辟新的方法与理念，并提供必要的理论依据和实验数据。

本项目在熔体强剪切装置的改进与发展，熔体强剪切处理对镁合金的组织细化作用，强剪切工艺参数对组织的影响，熔体强剪切处理对镁合组织细化作用机理，外加氧化物对镁合金组织的影响等方面开展了深入的研究，完成了预定研究内容，基本实现研究目标。.本项目获得了熔体强剪切处理对AZ91D镁合金的显著晶粒细化效果，初步揭示了熔体强剪切处理晶粒细化作用的机理。AZ91D镁合金中的氧化镁颗粒和α-Mg之间在晶体学上存在匹配的位向关系，氧化镁颗粒可以作为α-Mg的形核质点。施加熔体强剪切处理有利于将膜状氧化物破碎、分散为颗粒状氧化物，并使其均匀分布于熔体中，增加有效形核核心，从而得到显著的晶粒细化效果。.本项目优化了高强度剪切装置，研究了转子与定子间隙大小、定子开孔大小等对剪切率和流场的影响。获得了合适的转子与定子间隙大小以及定子上开口的大小。研究了熔体强剪切处理参数对AZ91D镁合金组织的影响规律。研究结果表明，对于AZ91D镁合金，强剪切处理装置转子转速4000-5000 RPM，熔体处理温度600-605 oC，熔体处理时间30-60秒为比较合适的处理参数。关于外加氧化镁颗粒对组织影响的研究表明，外加一定量（0.1%）氧化镁颗粒对AZ91D镁合金的组织具有一定的影响，但不同的氧化物状态得到了不同的晶粒细化效果。当加入0.1%微米级氧化镁颗粒（1-4微米）时组织细化效果并不显著，当加入0.1%纳米级（50-100纳米）氧化镁颗粒时，晶粒细化效果比较明显。本项目初步尝试了高强度剪切处理在半连续铸造过程的应用效果。半连续铸造过程中施加强剪切处理获得了显著的组织细化效果，组织由粗大枝晶转变为细小的等轴晶。研究还表明熔体强剪切处理对晶粒的细化效果在二次加热和重熔后仍能够部分保留。这为镁合金熔体处理、回收利用提供了新的研究思路和方法。.本项目还在取得现有成果的基础上对研究内容进行了适当的延伸，研究了熔体强剪切处理对熔体中惰性气泡的破碎、分散作用以及对除气效果的影响，取得非常显著的熔体净化效果。