特殊结构相复合强化高强度镁合金研究

Mg-Zn-Y alloy is a promising high-strength magnesium alloy. It was found that quasicrystal phase and long period stacking ordered structure can coexist in this alloy system. The quasicrystal phase depending on its hardness and strong dislocation pinning effect has a significant strengthening effect to the alloy. While the long period stacking ordered structure has a strong bonding forcing to the matrix, a high thermal stability, which can meaningfully impede dislocation movement and the expansion of the deformation twins, thus, the plasticity and high-temperature performance of the alloy could be significantly improved. Therefore, how to make full use of the advantages of those two special structures to develop high-performance magnesium alloys becomes an interesting research topic. However, limiting to the strictly required alloy composition to simultaneously form the two special structure and the coarsen problem of the as-cast quasicrystals and the long period stacking ordered structure, it is very difficult to make the large volume fraction of the two special structure coexisted at a certain alloy composition by the ordinary casting method. Based on this background, the propose of the project is to prepare a large volume fraction of quasicrystals and long-period ordered structure reinforced Mg-Zn-Y alloys by microstructure control, solid solution and grading aging. The project will focus on resolving the problem of how to make the large volume fraction of the quasicrystals and long period stacking ordered structure formed at same alloy composition and the dimension of the special strucutral phases control method. The contribution to this project will provide the necessary theoretical and technical supports for the industrial applications of high-strength Mg-Zn-Y magnesium alloy.

Mg-Zn-Y系合金是一种非常有前途的高强度镁合金。现有研究发现，在该合金系中存在准晶和长周期堆垛有序两种特殊结构相，准晶相依靠其自身的硬度和对位错的钉扎作用，对合金有显著的强化作用。长周期结构与基体界面共格，具有很高的热稳定性，不易粗化，它可显著阻碍位错运动和形变孪晶的扩展，并使合金的高温性能明显提高。然而受限于两种特殊结构相对合金成分的苛刻要求和铸态下尺寸粗大问题，以致采用普通铸造方法难以充分发挥准晶或长周期结构的强化优势。基于此背景，本项目提出了采用铸态组织控制、固溶和分级时效方法制备大体积分数准晶和长周期结构复合强化Mg-Zn-Y合金的研究思路。项目将重点解决同一合金成分中大体积分数准晶和长周期结构分别析出的溶质条件和尺度控制方法。本项目的突破，将为Mg-Zn-Y高强镁合金的工业应用提供必要的理论和技术支撑。

Mg-Zn-Y系合金是一种非常有前途的高强度镁合金。现有研究发现，在该合金系中存在准晶和长周期堆垛有序两种特殊结构相，准晶相对合金有显著的强化作用，长周期结构它可显著阻碍位错运动和形变孪晶的扩展，并使合金的性能明显提高。然而受限于两种特殊结构相对合金成分的苛刻要求和铸态下尺寸粗大问题，以致采用普通铸造方法难以充分发挥准晶或长周期结构的强化优势。基于此背景，本项目提出了采用铸态组织控制、固溶和分级时效方法制备大体积分数准晶和长周期结构强化Mg-Zn-Y合金的研究思路。本项目研究主要创新如下：首次在铸态Mg80Y4Zn16合金中发现同时含准晶和长周期结构相，且该准晶相为二十面体准晶相，长周期结构相为18R堆垛类型；首次揭示铸态Mg95.5Zn1.5Y3合金中W相和LPSO相之间存在位向关系。提出了Mg-Zn-Y合金在不同固溶温度下组织演变模型。研究了不同时效析出制度下，I相和LPSO相的析出顺序，尺度及分布情况，并获得了Mg-Zn-Y合金时效析出动力学方程及组织演变规律；且为Mg-Zn-Y系合金建立了合金组分-铸态组织-热处理规范-析出相类型及分布的相选择表。研究了Mg-Zn-Y合金中特殊结构相的强化机制，发现热处理后Mg-Zn-Y合金中I相具更加好的强化效果；研究了不同含量的LPSO结构强化效果，发现合金力学性能随LPSO 含量的增加而有所提升；进行准晶相和LPSO复合强化机制研究，发现复合增强效果良好。研究了机械搅拌及合金化对Mg-Zn-Y合金组织及性能的影响，获得了Mg-Zn-Y合金组织控制方法。本项目研究将有望推动高强度Mg-Zn-Y合金的工程应用。 .项目研究成果目前在SCI收录期刊（Rare Metals，Rare Metal Materials and Engineering 等）上发表论文6篇，在EI/核心期刊上发表论文8篇，主编教材1部；获国家发明专利授权4件；获得江西省自然科学奖三等奖1项；培养硕士研究生6名，其中1名研究生论文获得江西省优秀硕士学位论文。