镁科研:上海交大轻合金中心吴国华教授团队在镁稀土合金晶粒细化方面取得重要研究进展 ...

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近日,上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心吴国华教授团队与澳大利亚昆士兰大学的David H. StJohn教授团队合作在镁稀土合金晶粒细化方面取得重要研究进展,研究成果以“Exceptional grain refinement of Mg-Zr master alloy treated by tungsten inert gas arc re-melting with ultra-high frequency pulses”为题,发表在国际金属材料领域顶级学术期刊之一的《Scripta Materialia》上(原文链接为https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646222002007),博士生童鑫为第一作者,吴国华教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目资助。



镁稀土合金密度低、比强度比刚度高、耐热性能好、阻尼减振性优良,其在航空航天和交通运输等领域具有广阔的应用前景。晶粒细化能够同时提高镁稀土合金的强度和塑性,还能改善其铸造工艺性能,对推广该合金在航空航天等关键领域的应用意义重大。目前工程实践中主要采用Mg-Zr中间合金对镁稀土合金进行细化处理,然而商用Mg-Zr中间合金中Zr粒团聚严重,这些Zr团聚极易在镁熔体中发生沉降,不仅大幅降低了Zr收得率和晶粒细化效果,还会产生严重细化衰退效应。因此,开展Mg-Zr中间合金组织调控研究,揭示该细化剂的显微组织特征对晶粒细化效果及其衰退效应的作用规律,对于高效镁稀土合金晶粒细化剂设计与开发具有重要的理论与实际应用价值。

在该研究中,吴国华教授团队创新地提出了一种Mg-Zr中间合金晶粒细化剂预处理方法,通过采用超高频脉冲重熔对Zr晶粒细化剂进行预处理,显著改善了Zr晶粒细化剂的组织均匀性及其细化效果。研究发现,该预处理方法不仅能够大幅提高Mg-Zr中间合金晶粒细化剂中溶质Zr的含量,还能促进大量纳米级(数纳米到数百纳米)Zr粒的过饱和析出,显著细化了细化剂的Zr粒尺寸。基于Mg-Zr中间合金晶粒细化剂的组织遗传性,揭示了Mg-Zr中间合金在预处理过程中的组织演变机制,结合基体与形核核心的界面冶金反应的热力学条件,探明了Mg-Zr中间合金中纳米级Zr对晶体生长的抑制效应与异质形核的影响规律,为高效晶粒细化剂的设计和制备提出了新思路。细化实验验证表明,该研究所提出的预处理工艺大幅度提高了镁稀土合金的晶粒细化效果。

近年来,在丁文江院士的大力支持下,吴国华教授团队在高性能镁稀土合金开发、制备、成型等方面取得了一系列创新性研究成果,为推动镁稀土合金的应用做出了重要贡献。

图1 预处理前后Mg-Zr中间合金显微组织

图2预处理前后Mg-Zr中间合金中Zr粒的尺寸分布及纳米级Zr的析出行为

图3 预处理前后Mg-Zr中间合金的晶粒细化效果及对合金凝固行为的影响规律

图4 预处理后的Mg-Zr中间合金晶粒细化剂的组织遗传机制
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本文作者2022-7-1 14:12
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