镁合金石墨烯变质剂的制备及晶粒细化研究

发布时间：2023-05-07 21:41

　　镁合金被誉为“21世纪的绿色工程材料”,在汽车、航空航天、电子等领域具有广泛的应用前景,铸造镁合金是非常重要的一种结构材料,然而其强度低,室温塑性差。晶粒细化对铸造镁合金的意义重大,可显著提高铸造镁合金的各项力学性能。目前,Zr是非Mg-Al系合金中最成功的商用变质剂,但不适用于Mg-Al合金体系,含碳变质剂是Mg-Al合金体系的研究热点。本论文意在研究一种低成本、高效率且普遍适用的镁合金变质剂。首先研究了原位反应制备石墨烯变质剂的可行性及其组织特点。采用纯镁和高纯CO2原材料,利用液态原位反应法成功制备石墨烯变质剂,极大降低了石墨烯变质剂的生产成本。石墨烯变质剂具有褶皱和一定的缺陷,在其表面黏附纳米级氧化镁,含有石墨烯单元层数约3-15层,通过塑性变形可有效改变其形貌。总结了石墨烯变质剂对Mg合金的细化规律,Mg合金体系分为Mg-Al和非Mg-Al合金体系。石墨烯变质剂对纯Mg几乎没有细化效果,对Mg-3Y合金的细化效果产生负作用,对Mg-3Zn合金具有一定的细化作用,细化效果不及Zr变质剂,但可显著改善Mg-Zn合金的热裂倾向。石墨烯变质剂对Mg-Al二元合金体系皆具有明显的细化效...

【文章页数】：101 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 镁及镁合金晶粒细化的重要意义
        1.1.1 镁及镁合金的发展与应用
        1.1.2 镁及镁合金晶粒细化的作用
    1.2 铸造镁合金晶粒细化的理论与模型
        1.2.1 经典异质形核理论
        1.2.2 晶格错配理论
        1.2.3 自由生长理论
        1.2.4 抑制因子理论
        1.2.5 相互依赖理论
    1.3 铸造镁合金晶粒细化主要途径
        1.3.1 强外场对铸造镁合金的晶粒细化作用
        1.3.2 变质剂对铸造镁合金的晶粒细化作用
    1.4 碳质变质剂的发展与应用
        1.4.1 碳质变质剂的研究现状
        1.4.2 碳质变质剂的细化机理
    1.5 石墨烯变质剂的研究现状
        1.5.1 石墨烯的结构
        1.5.2 石墨烯变质剂细化镁合金的可行性分析
    1.6 本论文的创新点及研究意义
第2章 材料与研究方法
    2.1 总体研究方案
    2.2 具体实验流程
        2.2.1 石墨烯载体的制备
        2.2.2 镁合金晶粒细化的实验研究
    2.3 表征方法
    2.4 有限元分析方法
第3章 原位反应石墨烯变质剂的制备与组织研究
    3.1 原位反应制备石墨烯变质剂热力学计算
    3.2 原位反应石墨烯变质剂定性表征
    3.3 原位反应石墨烯变质剂组织表征
    3.4 本章小结
第4章 镁合金石墨烯变质剂晶粒细化规律研究
    4.1 非Mg-Al系合金石墨烯变质剂晶粒细化规律
        4.1.1 纯镁石墨烯变质剂晶粒细化规律
        4.1.2 Mg-3Zn合金石墨烯变质剂晶粒细化规律
        4.1.3 Mg-3Y合金石墨烯变质剂晶粒细化规律
    4.2 二元Mg-Al合金石墨烯变质剂晶粒细化规律
        4.2.1 Mg-0.5Al合金石墨烯变质剂晶粒细化规律
        4.2.2 Mg-1Al合金石墨烯变质剂晶粒细化规律
        4.2.3 Mg-3Al合金石墨烯变质剂晶粒细化规律
        4.2.4 Mg-9Al合金石墨烯变质剂晶粒细化规律
    4.3 多元Mg-Al合金石墨烯变质剂晶粒细化规律
        4.3.1 AZ31合金石墨烯变质剂晶粒细化规律
        4.3.2 AZ91合金石墨烯变质剂晶粒细化规律
    4.4 不同浇注工艺对镁合金细化效果的影响
        4.4.1 孕育时间对Mg-1Al合金细化效果的影响
        4.4.2 凝固速度对AZ31合金细化效果的影响
    4.5 本章小结
第5章 Mg-Al系合金石墨烯变质剂细化机理
    5.1 Al-C反应热力学计算
    5.2 晶格错配度理论
    5.3 石墨烯变质剂细化Mg-Al系合金析出相表征
        5.3.1 石墨烯变质剂细化Mg-Al系合金析出相结构表征
        5.3.2 石墨烯变质剂细化Mg-Al系合金析出相成分表征
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3811378