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[八九点钟]基于同步辐射技术对提高镁合金硬度的热处理过程的研究

曾 嘉/广东省东莞市东莞中学 指导教师 李 敏

2020-09/总第294期

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研究背景

镁合金是实用金属中最轻的金属结构材料,它的密度仅约为1.8 g/cm3,是钢的1/5,锌的1/4,铝的2/3,它还具有高比强度、高比刚度的特点。由于能满足轻量化的需求,镁合金在3C产业、航空航天、汽车工业等领域中有着广阔的应用前景。但是,镁合金也存在一些缺点,比如硬度较低、室温成型性较差、抗腐蚀性能差等。尤其是其低硬度,较大限制了镁合金的广泛应用。

那么,有什么办法可以增加镁合金的硬度,提高镁合金的性能呢?通过向专业教师咨询,我了解到:向镁合金中加入稀土元素然后进行热处理工艺是提高镁合金硬度的有效手段。之后我还了解到:对稀土镁合金进行不同时间和温度的热处理工艺后,镁合金中会形成强化物(材料专业领域称其为时效析出相),它们可以使稀土镁合金的性能大大提高。含有Y、Gd、Nd稀土元素的镁合金就是其中之一。对于此系列合金,等温条件下随着时间的推进会形成一些提高材料硬度的时效析出相,比如β1相,它的化学成分是Mg3(Nd,Y);β相,它的化学成分是Mg14Nd2Y;βe相,它的化学成分是Mg41Nd(Y)5。

为了探究提高稀土镁合金硬度的最佳热处理工艺及其硬度提高的原因,我在教师的指导下进行了基于同步辐射技术表征的Mg-Y-Gd-Nd镁合金热处理实验。  


该项目获得第34届全国青少年科技创新大赛创新成果竞赛项目中学组物理与天文学一等奖。


专家评语

本课题研究的镁合金,主要用途是应用于手机骨架,利用同步辐射高新技术,发现掺稀土后形成的新物相结构有助于提高材料硬度。本研究所用方法非常先进,有新的子发现并给予了分析解释。建议深入系统地给予全面分析,甚至引入理证分析。


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