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镁合金具有密度小、比强度比刚度高、导热导电性好、电磁屏蔽等优点。但是,由于高温镁合金极易氧化和燃烧,因此在镁合金熔炼与铸造过程中往往会引入大量夹杂物。这些夹杂物不仅降低其铸造性能,而且严重损害了合金的强韧性、塑性以及抗腐蚀性能等。因此,镁合金熔体的净化研究具有十分重要的意义。
本文以Mg-10Gd-3Y-0.6Zr(GW103K)、AZ31和AZ80镁合金为研究对象,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜(+能谱分析仪)、图像分析软件等手段分别对镁合金熔体中的夹杂种类和超声处理对熔体净化效果的影响进行了较系统研究,并用尝试了利用电导率对铸件净化程度进行表征,同时采用氯化铵水溶液的超声处理模拟实验探讨了熔体超声处理的作用机制。研究得出以下主要结论:
1.通过XRD以及扫描电镜实验分析出了GW103K合金中的夹杂物主要是MgO和少量Gd、Y和Zr的氧化物组成;AZ31镁合金中的夹杂物主要为MgO;AZ80镁合金中的夹杂物主要为MgO和少量Mn和Zn的氧化物。
2.通过对GW103K、AZ31和AZ80镁合金进行超声处理的结果表明,超声处理能够实现镁合金的净化;净化效果与超声的功率、处理时间、熔体静置时间、熔体温度和超声杆直径等工艺参数有关;对于GW103K合金,在较高的温度下进行低功率超声处理有利于提高净化效果;对于AZ31和AZ80,最优功率高于GW103K合金、适当延长静置时间和处理时间有利于提高净化效果,但是超声处理时间和超声处理后静置时间过长都有使净化效果变差的趋势。
3.通过对具有不同净化程度试样的电导率测量表明,电导率与熔体净化程度存在依存关系,即净化程度高则电导率值大,因此,电导率可以用于表征熔体的净化程度。
4.通过对氯化铵水溶液超声处理的物理模拟实验表明,超声处理可以显著提高氯化铵结晶析出温度,并获得细小的结晶组织,超声处理可以促进过饱和氯化铵溶液中悬浮氯化铵颗粒的沉降分离。这表明,超声处理具有孕育细化和凝聚净化的效果。