毕业论文开题报告题目准晶增强高性能镁合金的研究学院材料科学与工程学院专业材料科学与工程班级学生学号指导教师二〇一〇年三月三十日学院材料科学与工程学院专业材料科学与工程学生学号论文题目准晶增强高性能镁合金的研究一、选题背景与意义1. 国内外研究现状镁合金是结构材料中密度最小、并具有良好的生物兼容性、最高的比强度和比刚度、优良的工艺性能、较好的耐侵蚀性能、良好的导热、减振及电磁屏蔽性，被以为是制备电器产品壳体、运输工具和航天飞行器零部件最具前途的材料[1-4]。
但由于镁的晶体结构是密排六方结构，这种结构决定了它的塑性变形能力很差。
再加上铸态镁合金的晶粒比较粗大，力学性能的壁厚效应大，缩松和热裂偏向严峻，这些都严峻阻碍着合金的力学性能，限制了镁合金的应用。
准晶具有高硬度、耐蚀、耐热等特点[5]，专门适合于作韧性基体材料中的强化相。
镁合金中准晶的存在可制备出准晶相增强高性能镁合金及镁基复合材料[6 ]。
采纳准晶相增强高性能镁合金是目前镁合金研究领域的热点。
准晶(quasicrystal)是一种具有长程准周期性平移序和非晶体学旋转对称性的固态有序相[7]。
1984年美国国家标准局的Shechtman，Cahn 和Gratias[8]等人在急冷快速凝固的Al-14at%Mn合金中发觉准晶，从而引发世界各国学者对准晶及其相关领域的研究。
随着稳固准晶相的发觉，显现了很多准晶制备方式，要紧有：常规凝固法[9]、自熔体法[10]、深过冷法[11]等。
在所有十面体准晶的合金系中，Al-Ni-Co系被以为是最易形成准晶的体系之一，且稳固准晶的成份为Al72Ni12Co16。
Yokoyama等[12]从Al72Ni12Co16熔体中直接取得稳固的十面体准晶，并成立了伪二元的Al100-2x Ni x Co x合金系的平稳相图。
准晶的发觉扩大了晶体学的范围，对传统晶体学无疑是一个重要的补充和进展。
准晶按周期维数分类，可分为一维、二维、三维准晶。
二维准晶包括八面体、十面体、十二面体准晶。
三维准晶要紧为二十面体准晶。
另外准晶还能够分为稳固准晶和亚稳准晶[13]。
有报导，准晶颗粒能够作为金属基体的增强相。
1993年Luo等第一次在富镁的Mg-Zn-Y三元合金中发觉准晶相，该相被鉴定为稳固的二十面体准晶相（Icosahedron quasicrystal）[14]。
研究发觉，在Mg-Zn-Y 合金中，使必然的体积分数准晶均匀散布在镁基体中，可制备准晶增强高强度镁合金[15,16]。
因此，Mg-Zn-Y三元合金成为开发高强度镁合金的一种超级具有潜力的合金系。
目前，愈来愈多的研究转移到Mg-Zn-Y三元合金组织和性能的分析方面[15-18]。
目前，国内外关于Mg-Zn-Y合金准晶的研究要紧集中在两个方面：一方面，要紧对准晶的制备工艺和准晶形成机理进行研究；另一方面，要紧对通过准晶相增强制备高性能镁合金的研究。
在Mg-Zn-Y合金凝固进程中准晶相的形成研究中，Tsai第一报导了Mg-Zn-Y三元合金中准晶相是由包晶反映生成的，其凝固进程中第一从液相中结晶出(Zn,Mg)5Y晶体相，然后再发生包晶反映生成二十面体准晶。
在高性能准晶增强Mg-Zn-Y合金开发研究方面，Guangyin Yuan在Mg-Zn-Y合金中加入Y元素后在晶界和基体中形成了准晶相，研究发觉准晶相是该合金力学性能提高的要紧缘故[19]。
D.H.Bae,Alock Sing等通过热挤压Mg-Zn-Y合金，比较系统的研究了准晶相对镁合金的强化作用，发此刻合金中形成尺寸较小且均匀散布的准晶相，能够显著提高合金的室温和高温力学性能。
他们以为这是由于准晶相特殊的对称性致使了与基体相特殊的匹配关系和对位错的钉扎作用。
在镁合金基体中加入准晶颗粒，使准晶颗粒弥散散布在镁合金基体中能够达到强化的目的，粉末冶金法是一种经常使用的方式。
粉末冶金法制备的准晶增强镁合金确实是利用粉末冶金技术将准晶颗粒与金属粉末混合后在高温下挤压成由准晶颗粒与基体金属复合而成的金属基复合材料，也能够将准晶相颗粒在高温下烧结，从而取得致密材料，其突出优势是能够用来制备大块准晶。
这种镁合金的力学性能明显优于对应的晶体相，摩擦系数和磨损速度大大低于晶体相，随镁合金中铝含量的减少，其稳固性增加。
可是其本钱相对较高，无益于工业化生产[19]。
准晶中间合金加入以后，有黑色的颗粒相I相弥散散布于基体中，或散布于晶界及晶界周围，这有利于硬度的提高；高熔点I相的存在，提供了更多的形核机遇，使基体组织取得了细化，也是硬度提高的一个缘故；准晶中间合金的加入能明显提高材料的拉伸强度[20]。
另外，这种合金还具有必然的塑性，这与弥散散布的准晶颗粒的钉扎强化作用有关。
杜二玲等研究发觉：AZ31合金中加入Mg-Zn-Y-Mn准晶中间合金，有效改善了AZ31合金材料的组织；其平均晶粒尺寸由原先的大于100μm减小到25μm。
当加入5%的Mg-Zn-Y-Mn准晶中间合金时，AZ31合金材料的室温综合力学性能最好，硬度值提高到了60.63HB，拉伸强度达到峰值179.16 MPa，比母合金提高了32%[20]。
目前，准晶的实际应用仅限于表面涂层和增强结构材料方面，其他领域的应用并非普遍。
在镁合金研究热潮中，若是能利用准晶的优良性能、开发新工艺、新技术，能够进一步将我国镁合金的资源优势转化为产业优势。
2. 选题的目的与意义本文针对镁合金在应用中的一些缺点，希望能够通过准晶相增强的方式制备出高性能的Mg-Al-Zn合金。
同时探访了准晶相增强镁合金的作用机理，旨在为以后制备高性能镁合金奠定基础。
让轻质，绿色的镁合金成为本世纪重要结构材料的向往成为现实。
二、研究内容与目标1. 研究内容本文要紧有两大研究内容：一方面，通过制备含高体积分数准晶相的Mg-Zn-Y合金，研究在Mg-Zn-Y合金中准晶相的形成机理；另一方面，通过向Mg-Al-Zn基体中添加不同质量的含准晶相的颗粒，探求准晶相增强高性能镁合金的作用机理。
具体研究内容有：（1）Mg-Zn-Y合金中稳固二十面体准晶的制备；（2）采纳XRD, SEM, TEM等检测手腕对准晶相进行检测；（3）高准晶相含量Mg-Zn-Y合金颗粒的制备；（4）熔体混溶法准晶增强Mg-Al-Zn合金的研究；2. 研究目标通过添加不同的准晶中间合金细化合金组织，提高合金的综合力学性能，制备出高性能的Mg-Al-Zn合金。
三、研究方式与手腕(1) Mg-Zn-Y合金中稳固二十面体准晶的制备实验合金用纯Zn和Mg-Y中间合金熔配。
Zn的纯度为99.9%，Mg-Y中间合金中Mg和Y 元素的质量比为3:1。
配料之前将原材料表面的氧化皮用砂轮打磨掉。
在爱惜气氛下，采纳电阻炉熔化合金，然后浇铸在石墨型模具中。
(2) 稳固准晶相的检测从浇铸好的合金锭上截取一薄片，用牙托粉镶嵌后别离进行如下实验步骤：粗磨，以取得一个平整的平面；细磨，排除较深的磨痕取得滑腻的磨面；抛光，取得光亮的镜面；然后用稀冰醋酸水溶液进行侵蚀，侵蚀时刻不宜太长，一样为2s左右，个别较难侵蚀的时刻能够略微延长一点，侵蚀完毕当即用清水冲洗，然后用吹风机吹干，为以后的组织观看做好预备。
在光学显微镜下进行金相观看。
在扫描电镜下观看更大放大倍数组织形貌，确信准晶相的存在。
取少量试样进行充分碾碎后进行X射线粉末衍射分析，确信合金中的相组成。
(3) 含准晶相Mg-Zn-Y合金颗粒的制备将Mg-Zn-Y合金母锭破碎成块以后，在行星式球磨机上机械球磨。
将机械球磨后的粉末用不锈钢筛网过筛，制备出颗粒度为50-150um的准晶颗粒。
将准晶颗粒在丙酮溶液中进行超声波清洗和高温热处置。
(4) 通过准晶增强制备高性能Mg-Al-Zn合金将预处置过的Mg-Zn-Y合金颗粒用机械搅拌的方式加入到温度为650℃的在Ar2气爱惜气氛下的Mg-Al-Zn合金液中。
将含有增强颗粒的合金液升温到710℃，爱惜一段时刻后在700℃左右浇铸到400℃左右的金属铸型中，然后用扫描电镜观看其微观组织，别离测量其力学性能和维氏硬度。
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