Mg-Al-Zn-Y体系中化合物的高温扩散生长动力学及合金耐热机理研究

The high temperature diffusion growth behavior of intermetallic compounds in magnesium alloy directly affects its heat resistance. In the aim of improving the high-temperature performance of magnesium alloys, systematic investigation on the influence of the intermetallic compound growth on the heat resistance is of great importance. To date, there is still a lack of efficient and accurate experimental study and kinetic calculation for the diffusion growth behavior of compounds in the heat-resistant magnesium alloy systems. This project intends to carry out the following studies in the Mg-Al-Zn-Y heat-resistant magnesium alloy: (1) develop an scientific method of combining high temperature laser confocal microscopic analysis, electron probe technology and diffusion couple technique to investigate the diffusion growth of intermetallic compounds in this system; (2) establish an effective numerical inverse method to calculate the composition-dependent interdiffusivities of intermetallic compounds based on the in-situ experimental observation results in this system; (3) study the effect of various compounds on the creep resistance behavior of the alloy, based on experiment and calculation results of the diffusion growth of intermetallic compounds. And clarify the control mechanism of heat resistant property in high-temperature creep resistant magnesium alloys. The completion of this project is expected to lay a theoretical foundation for the design of Mg-Al-Zn-Y heat-resistant magnesium alloy, and provide a scientific method for the composition design and microstructure control of other high temperature creep resistant alloys.

镁合金中金属间化合物的高温扩散生长行为直接影响其耐热性能。掌握化合物的高温扩散生长对合金耐热性的影响规律，是提高镁合金高温抗蠕变性能的一个重要研究方向。迄今仍缺乏对耐热镁合金体系中化合物扩散生长行为的高效准确实验研究和扩散动力学计算。本项目拟以Mg-Al-Zn-Y耐热镁合金为研究对象开展如下研究：（1）发展将高温激光共聚焦原位显微分析技术与扩散偶电子探针分析相结合的化合物生长实验检测方法，获取该体系中金属间化合物扩散生长信息；（2）建立多元金属间化合物扩散系数矩阵的数值迭代计算方法，构筑该体系中金属间化合物扩散系数矩阵；（3）基于金属间化合物扩散生长的实验和计算结果，开展合金微结构和性能的实验表征，研究化合物生长对合金蠕变行为的影响规律。本项目的完成可望为Mg-Al-Zn-Y耐热镁合金的计算材料设计奠定理论基础，并为其他高温抗蠕变合金的成分设计和微结构控制提供一种可借鉴的科学方法。

镁合金中金属间化合物的高温扩散生长行为直接影响其耐热性能。掌握化合物的高温扩散生长对合金耐热性的影响规律，是提高镁合金高温抗蠕变性能的一个重要研究课题。本项目以Mg-Al-Zn-Y耐热镁合金为研究对象开展了如下研究工作：（1）将高温激光共聚焦原位显微分析技术与扩散偶电子探针分析相结合，原位观察到了Mg-Al、Mg-Y和Zn-Y二元扩散偶以及Mg-Al-Zn和Mg-Zn-Y三元扩散偶中，Mg17Al12、Al3Mg2、Mg32(Zn,Al)49、Mg6(Al,Zn)5和Mg3Zn3Y2等二元和三元金属间化合物的扩散生长行为，揭示不同温度下的生长厚度、界面位置和界面形貌随扩散时间的变化规律；（2）详细推导了计算多元合金扩散系数矩阵的数值反演理论模型，采用成分距离曲线、扩散通量、化合物生长速率和界面迁移速率构造目标函数，通过耦合扩散系数矩阵正定约束条件以及扩散界面移动性边界条件，建立了高效、准确计算多元金属间化合物扩散系数矩阵的理论方法，并开发通了用计算程序；（3）结合原位实验结果并采用所开发通用程序，计算了Mg-Al、Mg-Y、Zn-Y、Mg-Al-Zn和Mg-Zn-Y合金体系中金属间化合物扩散系数矩阵，通过建立金属间化合物扩散系数-温度-成分之间关系的定量描述，研究了不同金属间化合物的高温动力学稳定性及其与耐热镁合金蠕变性能的关系。项目执行过程中，在npj Computational Materials、Journal of Materials Science & Technology、Journal of Alloys and Compounds等国内外期刊发表SCI论文12篇，申请国家发明专利2项，获得计算机软件著作权2项，培养硕士研究生3人，参加国内外学术会议3次。