尖晶石(MgAl2O4)粉末孕育细化Mg-Al合金晶粒

2021年12月08日 13:26 8944次浏览 来源:   分类: 镁资讯

导读: 近日,华南理工大学教授杜军等人提出利用MgAl2O4尖晶石型氧化夹杂粉末孕育细化Mg-Al系镁合金。研究结果表明,外加MgAl2O4粉末孕育可以实现Mg-Al系合金的a-Mg晶粒细化。经MgAl2O4孕育处理后,Mg-3Al晶粒尺寸从535μm显著下降至120μm。同时,孕育细化后的Mg-3Al合金力学性能得到提升。结果表明,MgAl2O4颗粒是有效的a-Mg晶粒形核基底。这项工作创新性地提出一种利用MgAl2O4氧化夹杂颗粒孕育细化镁合金的方法,对于利用氧化夹杂调控细化镁合金具有重要启发意义和参考价值。

近日,华南理工大学教授杜军等人提出利用MgAl2O4尖晶石型氧化夹杂粉末孕育细化Mg-Al系镁合金。研究结果表明,外加MgAl2O4粉末孕育可以实现Mg-Al系合金的a-Mg晶粒细化。经MgAl2O4孕育处理后,Mg-3Al晶粒尺寸从535μm显著下降至120μm。同时,孕育细化后的Mg-3Al合金力学性能得到提升。结果表明,MgAl2O4颗粒是有效的a-Mg晶粒形核基底。这项工作创新性地提出一种利用MgAl2O4氧化夹杂颗粒孕育细化镁合金的方法,对于利用氧化夹杂调控细化镁合金具有重要启发意义和参考价值。

本次实验探究了MgAl2O4粉末添加量对Mg-3Al合金晶粒尺寸的影响,相比未处理Mg-3Al合金,经过MgAl2O4粉末孕育处理后的Mg-3Al合金晶粒发生显著细化。添加2.0wt.%的MgAl2O4粉末孕育,Mg-3Al合金获得最小平均晶粒尺寸(120μm)。经过MgAl2O4粉末孕育细化,Mg-3Al合金力学性能得到提升。

此外,实验还研究了不同保温时间对MgAl2O4粉末孕育Mg-3Al合金晶粒尺寸的影响,相比于未孕育处理Mg-3Al合金,添加MgAl2O4孕育2分钟即可获得显著的晶粒细化效果,当MgAl2O4孕育熔体时间超过10 分钟后,出现轻微的孕育衰退现象。

研究人员还就Al元素含量对MgAl2O4粉末孕育Mg-Al系合金晶粒尺寸的影响进行研究,结果表明,MgAl2O4粉末孕育对于纯Mg具有一定的细化效果,而Al溶质元素对MgAl2O4粉末孕育细化率有显著影响。随着Al含量从1wt.%增加至3wt.%,晶粒细化效率从47%上升至78%,这是由于随着Al溶质元素的增加,凝固过程成分过冷增加,更多的有效异质形核颗粒被激活成核,晶粒细化效率增加。随着Al含量增加至5wt.%和8wt.%,晶粒细化效率呈下降趋势,细化效率与溶质元素含量之间存在关联。

基于边对边匹配(E2EM)模型和SEM观测分析和讨论了MgAl2O4孕育Mg-Al合金的细化机制,结果表明,MgAl2O4与a-Mg具有较低的错配度。MgAl2O4是潜在的a-Mg晶粒有效形核核心。外加MgAl2O4颗粒在Mg-Al合金中稳定存在,位于晶粒中心的MgAl2O4颗粒是该晶粒的形核基底。MgAl2O4粉末孕育细化Mg-Al合金归因于MgAl2O4颗粒作为有效的形核基底,诱发异质形核。

综上所述,利用MgAl2O4尖晶石型氧化夹杂粉末孕育处理Mg-Al熔体,发现外加MgAl2O4粉末可以实现Mg-Al系合金晶粒细化,同时实现力学性能提升。MgAl2O4与a-Mg错配度较低,具有较高的异质形核a-Mg能力。确定了MgAl2O4孕育细化Mg-Al系合金机制为:MgAl2O4颗粒作为有效的a-Mg晶粒形核基底,诱发异质形核。获得了一种利用MgAl2O4氧化夹杂颗粒孕育细化镁合金的方法,可推动氧化夹杂有益化利用,开发镁合金氧化夹杂孕育细化技术。

责任编辑:杨一鸣

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