高含Mn量Mg-Mn中間合金的制備與應(yīng)用.pdf

1、鎂合金的優(yōu)異性能和產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化前景使其成為公認(rèn)的21世紀(jì)綠色工程材料，對(duì)建立資源節(jié)約型環(huán)境友好型的低碳社會(huì)將具有重要作用。Mg-Mn系合金由于具有優(yōu)異的擠壓特性，良好的焊接性和耐蝕性得以廣泛應(yīng)用，其中Mn作為Mg-Mn系合金的基本元素，一般以中間合金的形式加入，但實(shí)際生產(chǎn)中Mg和Mn的熔點(diǎn)差別較大固溶度極小，故Mg-Mn中間合金的制備十分困難，目前商用Mg-Mn中間合金的Mn含量不超過3wt％，嚴(yán)重影響了其使用效率。因此，發(fā)展高含Mn

2、量Mg-Mn中間合金已成為鎂合金發(fā)展的瓶頸之一。
　　 本文首先采用電磁攪拌鑄造法制備Mn含量10wt％和12wt％的高含Mn量Mg-Mn中間合金，通過正交試驗(yàn)，研究了Mn粉粒度，冷卻方式，攪拌時(shí)間和攪拌功率對(duì)Mn含量及Mn均勻度的影響，確定了最佳制備工藝；然后采用粉末冶金技術(shù)方法制備了Mg-15wt％Mn中間合金，通過正交試驗(yàn)，研究了Mn粉粒度，壓制溫度，壓制壓力和粘結(jié)劑對(duì)壓坯強(qiáng)度和塑性的影響，確定了最佳制備工藝；第三，通過自

3、制固液擴(kuò)散偶，從理論上研究了在963K，983K，1003K下固態(tài)Mn在液態(tài)鎂及鎂合金的溶解擴(kuò)散行為；第四，將自制的中間合金用來熔煉M1A，AZ91和ZM21鎂合金，并從化學(xué)成分，顯微組織和力學(xué)性能三個(gè)方面與相應(yīng)牌號(hào)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，進(jìn)而評(píng)價(jià)自制中間合金的應(yīng)用性。
　　 研究發(fā)現(xiàn)：
　　 ①電磁攪拌鑄造法制備Mg-10wt％Mn中間合金的最佳熔煉工藝：Mn粉粒度150～68μm，冷卻方式銅?？绽?，攪拌時(shí)間4min，攪拌功率

4、12.5kW；Mg-12wt％中間合金最佳熔煉工藝：Mn粉粒度150～68μm，冷卻方式銅?？绽?，攪拌時(shí)間4min，攪拌功率10kW。
　　 ②粉末冶金法制備Mg-15wt％中間合金最佳工藝：Mn粉粒度150～68μm，壓制溫度是室溫，壓制壓力125MPa，不用添加粘結(jié)劑。
　　 ③利用菲克第二定律和Boltzmann-Matano法計(jì)算了963K，983K，1003K下固態(tài)Mn在液態(tài)鎂中的平均擴(kuò)散系數(shù)分別為1.72×1

5、0-14m2/s，4.07×10-14m2/s，6.91×10-14m2/s，平均溶解速率分別為9.393×10-10m/s，2.219×10-9 m/s，3.771×10-9 m/s；固態(tài)Mn在液態(tài)AZ91中平均擴(kuò)散系數(shù)分別為8.10×10-15m2/s，8.29×10-15m2/s，2.27×10-14m2/s，平均溶解速率分別為4.419×10-10m/s，4.522×10-10 m/s，1.473×10-9 m/s；固態(tài)Mn在液

6、態(tài)ZM21中的平均擴(kuò)散系數(shù)分別為1.24×10-14m2/s，2.92×10-14m2/s，4.17×10-14m2/s，平均溶解速率分別為6.747×10-10m/s，1.593×10-9m/s，2.273×10-9m/s。再根據(jù)Arrhenius方程，計(jì)算出了固態(tài)Mn在液態(tài)鎂，液態(tài)AZ91及液態(tài)ZM21的溶解擴(kuò)散激活能分別為：266.1 kJ/mol，202.8kJ/mol，232.33kJ/mol。為了節(jié)約能源和提高中間合金的收得

7、率，根據(jù)激活能及溶解擴(kuò)散速率結(jié)果，得出熔煉M1A，AZ91和ZM21的加熱功率可以按照PAZ91　　 ④自制Mg-Mn中間合金可以制備出M1A，AZ91和ZM21，鑄態(tài)下的化學(xué)成分和顯微組織與相應(yīng)合金的標(biāo)準(zhǔn)相比沒有太大差別，而在力學(xué)性能方面，電磁攪拌鑄造法制備的中間合金熔煉出的M1A，AZ91和ZM21力學(xué)性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，而