高性能铸造稀土镁合金的发展
高性能铸造稀土镁合金的发展*
陈巧旺１，２，汤爱涛１，许婷熠１，王玉容１，叶俊华１，潘复生１
（１ 重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心，重庆４０００４４；２ 重庆文理学院新材料技术研究院，重庆４０２１６０）摘要 从合金体系和纯净化工艺两个方面对高性能铸造稀土镁合金进行了综述。按时间顺序，对Ｍｇ-Ｎｄ、
Ｍｇ-Ｙ和Ｍｇ-Ｇｄ三个系列合金的研究现状进行论述，重点针对Ｍｇ-Ｇｄ系合金，
着重介绍了其发展历史、力学性能、强化机制。通过纯净化前后的对比可以看出，纯净化可以有效地降低合金中的缺陷，提高合金的力学性能。最后分析讨论了高性能铸造稀土镁合金研究中存在的问题以及今后发展的主要方向。
关键词 铸造镁合金 稀土 力学性能 析出强化 纯净化
中图分类号：ＴＧ１４６．２＋２ 文献标识码：Ａ DOI ：１０．１１８９６／ｊ．
ｉｓｓｎ．１００５-０２３Ｘ．２０１６．０１７．００１Hi g h Performance Cast Ma g nesium Rare -earth Allo y s ：Retros p ect and Pros p ect
ＣＨＥＮＱｉａｏｗａｎｇ１，
２，ＴＡＮＧＡｉｔａｏ１，ＸＵＴｉｎｇｙｉ１，ＷＡＮＧＹｕｒｏｎｇ１，
ＹＥＪｕｎｈｕａ１，ＰＡＮＦｕｓｈｅｎｇ１
（１ ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＭａｇｎｅｓｉｕｍＡｌｌｏｙｓ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４；
２ ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＮｅｗＭａｔｅｒｉａｌｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｔｓａｎｄＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０２１６０）Abstract Ｔｈｅａｌｌｏｙｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃａｓｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｒａｒｅ-ｅａｒｔｈａｌｌｏｙｓａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｉｎｃｈｒｏｎｏｌｏｇｉｃａｌｏｒｄｅｒ，ｔｈｅＭｇ-Ｎｄ，Ｍｇ-ＹａｎｄＭｇ-Ｇｄａｌｌｏｙｓｙｓｔｅｍｓａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｈｉｓｔｏｒｙ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ．ＴｈｅｒｅｖｉｅｗｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅＭｇ-Ｇｄａｌｌｏｙｓｙｓｔｅｍ．Ａｎｄｔｈｅｎ，ｔｈｅｍｉ-ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｃａｎｒｅｄｕｃｅ
ｄｅｆｅｃｔｓａｎｄｅｎｈａｎｃｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃａｓｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｒａｒｅ-ｅａｒｔｈａｌｌｏｙ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐ-ｍｅｎｔｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃａｓｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｒａｒｅ-ｅａｒｔｈａｌｌｏｙｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
Ke y words ｃａｓｔｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙ，ｒａｒｅｅａｒｔｈ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ，ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
*国家自然科学基金（
５１４７４０４３）；教育部博士点基金（２０１３０９１１１００１８）；重庆市教委科技成果转化项目（ＫＪＺＨ１４１０１） 陈巧旺：
男，１９８２年生，博士生，研究方向为铸造镁合金 Ｅ-ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｑｉａｏｗａｎｇ１９９９＠１６３．ｃｏｍ 汤爱涛：通讯作者，女，１９６３年生，教授，研究方向为轻合金及其计算机模拟 Ｅ-ｍａｉｌ：ｔａｔ＠ｃｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
０ 引言
镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、导热导电性能好、
阻尼减振、电磁屏蔽等优异性能，在交通、通讯、航空航天等领域有广阔的应用前景［１－８］
。但镁合金的绝对强度较低，
限制了其进一步的应用。因此高性能，尤其是高力学性能的镁合金成为了发展重点。目前镁合金实际应用中成形的主要方法是铸造，在已应用的镁合金中，几乎９０％涉及到铸造镁合金，因此发展高性能铸造镁合金是扩大镁合金应用的重要途径。
早在２０世纪３０年代，人们就发现了稀土元素（ＲＥ）对镁合金具有很好的强化作用。稀土元素的加入具有改善合金组织、提高合金强度等作用，因此目前发展的高性能铸造镁合金主要是稀土镁合金，具有代表性的是Ｍｇ-Ｎｄ、Ｍｇ-Ｙ和Ｍｇ-Ｇｄ三个体系。
对于铸造镁合金，其性能除了受到合金体系及热处理工艺的影响外，熔体纯净度的影响也十分明显。因此，本文主要从铸造稀土镁合金的合金体系（如无特别说明，合金成分
均为质量分数）和熔体纯净化工艺研究发展现状两个方面进行分析讨论。
１ 铸造稀土镁合金体系
１．１ M g -Nd 系
１９４９年，美国陶氏化学公司的Ｌｅｏｎｉｓ对Ｍｇ-ＲＥ二元合
金的性能进行了研究［９］
。由于Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ轻稀土元素价格最低且应用广泛，Ｌｅｏｎｉｓ的研究对象仅限于这４种稀土元素。同时由于技术原因，所用稀土的纯度受到限制。具体为：Ｌａ＝９８．５％；Ｃｅ＝９７．３％；Ｎｄ是名为“ｄｉｄｙｍｉｕｍ”的混合稀土，具体含量为８０．５％Ｎｄ，９．８％Ｌａ，８．８％Ｐｒ，０．９％Ｃｅ；Ｐｒ是混合稀土，具体含量为６８．９％Ｐｒ，２７．２％Ｌａ，３．０％
Ｎｄ，０．８％Ｃｅ。Ｌｅｏｎｉｓ的研究显示：随着原子序数增加，Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ在镁中的最大固溶度和强化效果均依次增加。４
种Ｍｇ-ＲＥ二元合金的最高强度值对应的稀土含量与该稀土在镁中的最大固溶度基本一致。Ｍｇ-Ｎｄ系合金的强化效果主要依赖于时效过程中沿基体棱柱面析出的β″
亚稳相。Ｌｅｏｎｉｓ的研究成果促进了以Ｎｄ为主要合金添加剂的商
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１·高性能铸造稀土镁合金的发展／陈巧旺等