稀土对于制造高性能镁合金的重要意义

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镁合金因可减轻发动机零件重量正日益受到航空航天工业，汽车工业等领域的重视，而镁资源又十分丰富，为了发展我国航空航天技术，特别是载人飞行器和空间实验室，研究和开发超高强度镁合金具有重要的现实意义。但是，生产出在高温下仍能保持好的强度性能且易于成型的镁合金相当困难。目前，镁合金进一步发展所面临的问题主要是：如何提高镁合金的强度及韧性；如何提高镁合金的高温抗蠕变性能；如何提高镁合金零部件耐腐蚀性能等。

稀土是镁合金中最有效的强化元素，通常认为三价稀土元素的加入可以提高合金中的电子浓度，增强镁合金原子间的结合力，减小镁原子的扩散速度，特别是由于稀土金属与镁形成的化合物热稳定性高，可以显著提高镁的力学性能，尤其是高温力学性能。

稀土-镁合金系具有良好的铸造工艺性，稀土元素可以净化合金溶液、改善合金组织，并且在铸造过程中显著细化晶粒，使镁合金凝固温度区间变窄，改善铸造性能，减小显微疏松和热裂纹倾向，从而提高铸件的致密性，进而显著提高镁的力学性能，尤其是高温力学性能。稀土元素还可以改善焊接性能，减少焊接开裂，提高焊缝强度。此外，稀土-镁合金系还兼具良好的热变形能力。总之，稀土镁合金除具有镁合金的固有优点外，还兼有高温强度高、抗蠕变性能优良及耐热性能好等特点，并具有良好的塑性和耐腐蚀性，因此在工业应用中很有发展前途。

Y和Gd是在镁合金中强化作用最好、应用最广泛的元素。Y和Gd在镁固溶体中具有较高固溶度，且其固溶度随温度的降低而呈指数关系显著减小，这意味着Mg-Y/Gd合金系可以通过热处理获得沉淀强化效果。英国研制出一系列高温下具有高强度及高蠕变性能的含Y，Nd的镁合金，具有较好的浇铸性能、沉淀析出强化效果和高温抗蠕变性能，是目前应用相对成熟的商用镁合金。在Mg-Y二元合金系中加入Ca和Zr开发出阻燃镁合金，随着Y含量增加，合金的晶粒尺寸减小，抗拉强度、屈服强度增加，而伸长率变化很小。Mg-Gd合金的室温强度可超过400MPa，耐热温度可达到350°C，但是伸长率低。在Mg-Gd合金基础上，加入一定量Y、Zr，可获得优良的高温强度、抗蠕变性能及耐热性能以及良好的塑性和耐腐蚀性等，已成为目前世界上高强度铸造和变形镁合金系之一。在稀土-镁合金系中加入微量的Zn、Ag可以提高合金的固溶强化和析出强化效果，从而进一步改善合金的性能。比如，在Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金中添加0.6%Zn，经过挤压变形和后续时效处理后，室温抗拉强度达到430MPa，屈服强度达到375MPa，面缩率为9.5%。

为了满足我国航空航天和汽车等领域日益增长的需要，发挥我国稀土大国的优势，应该在镁合金研究中充分发挥稀土的潜能，开发出新型稀土镁合金及其相应的生产工艺。