稀土鎂合金是一種具有較高強(qiáng)度和耐腐蝕性能的輕質(zhì)合金材料，被廣泛應(yīng)用于航空、汽車、船舶等領(lǐng)域。在大型復(fù)雜主承力鑄件領(lǐng)域，稀土鎂合金具備高強(qiáng)度、低密度、優(yōu)良的機(jī)械性能和耐腐蝕性能等特點(diǎn)，因而被視為替代重型鋼的理想材料。

稀土鎂合金在大型復(fù)雜主承力鑄件的應(yīng)用中面臨一系列的挑戰(zhàn)。，稀土鎂合金具有較高的生產(chǎn)成本，由于稀土元素價(jià)格較高且加工難度大，導(dǎo)致合金的成本較高。其次，稀土鎂合金的熱加工性能較差，容易出現(xiàn)熱裂紋和韌性下降等問題，使得加工過程困難重重。此外，稀土鎂合金在高溫和濕熱環(huán)境中存在著較大的腐蝕問題，限制了其在特殊環(huán)境下的應(yīng)用。

鎂稀土合金密度低、比強(qiáng)度比剛度高、耐熱性能好、阻尼減振性優(yōu)良，其在航空航天和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。晶粒細(xì)化能夠同時(shí)提高鎂稀土合金的強(qiáng)度和塑性，還能改善其鑄造工藝性能，對推廣該合金在航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用意義重大。目前工程實(shí)踐中主要采用Mg-Zr中間合金對鎂稀土合金進(jìn)行細(xì)化處理，然而商用Mg-Zr中間合金中Zr粒團(tuán)聚嚴(yán)重，這些Zr團(tuán)聚極易在鎂熔體中發(fā)生沉降，不僅大幅降低了Zr收得率和晶粒細(xì)化效果，還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重細(xì)化衰退效應(yīng)。因此，開展Mg-Zr中間合金組織調(diào)控研究，揭示該細(xì)化劑的顯微組織特征對晶粒細(xì)化效果及其衰退效應(yīng)的作用規(guī)律，對于鎂稀土合金晶粒細(xì)化劑設(shè)計(jì)與開發(fā)具有重要的理論與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
在該研究中，吳國華教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地提出了一種Mg-Zr中間合金晶粒細(xì)化劑預(yù)處理方法，通過采用頻脈沖重熔對Zr晶粒細(xì)化劑進(jìn)行預(yù)處理，顯著改善了Zr晶粒細(xì)化劑的組織均勻性及其細(xì)化效果。研究發(fā)現(xiàn)，該預(yù)處理方法不僅能夠大幅提高M(jìn)g-Zr中間合金晶粒細(xì)化劑中溶質(zhì)Zr的含量，還能促進(jìn)大量納米級(jí)（數(shù)納米到數(shù)百納米）Zr粒的過飽和析出，顯著細(xì)化了細(xì)化劑的Zr粒尺寸?；贛g-Zr中間合金晶粒細(xì)化劑的組織遺傳性，揭示了Mg-Zr中間合金在預(yù)處理過程中的組織演變機(jī)制，結(jié)合基體與形核核心的界面冶金反應(yīng)的熱力學(xué)條件，探明了Mg-Zr中間合金中納米級(jí)Zr對晶體生長的抑制效應(yīng)與異質(zhì)形核的影響規(guī)律，為晶粒細(xì)化劑的設(shè)計(jì)和制備提出了新思路。細(xì)化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，該研究所提出的預(yù)處理工藝大幅度提高了鎂稀土合金的晶粒細(xì)化效果。
近年來，在丁文江院士的大力支持下，吳國華教授團(tuán)隊(duì)在鎂稀土合金開發(fā)、制備、成型等方面取得了一系列創(chuàng)新性研究成果，為推動(dòng)鎂稀土合金的應(yīng)用做出了重要貢獻(xiàn)。

鎂具有資源豐富、可回收利用、比重輕、比強(qiáng)度及比剛度高、阻尼性導(dǎo)熱性好以及減震性好的一系列特性，廣泛應(yīng)用于通信、電子、汽車、化工、航空航天等領(lǐng)域，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。但鎂合金強(qiáng)度偏低、耐蝕耐熱性差等缺點(diǎn)制約了鎂合金的大規(guī)模應(yīng)用。通過向Mg-Zn二元合金中添加Zr，除了可以細(xì)化晶粒，還可以明顯縮小合金的結(jié)晶溫度間隔，大幅降低合金的縮松和熱裂傾向，提高合金的鑄造性能和力學(xué)性能。在鎂合金中添加稀土，可產(chǎn)生除氣脫氧凈化、晶粒組織細(xì)化及強(qiáng)化、增加合金的流動(dòng)性、改善熱裂和縮松等效果，從而提高鎂合金的耐熱耐蝕性、強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能。

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是近年來，5G通信、3C產(chǎn)品及汽車電子等零部件對材料的導(dǎo)熱性能提出越來越高的要求，以和提高產(chǎn)品的壽命及工作穩(wěn)定性。通過向稀土鎂合金中添加Zn和Zr元素，以期制備得到高導(dǎo)熱系數(shù)和力學(xué)性能的新型鎂合金，考察Zn含量的變化對鎂合金組織結(jié)構(gòu)和性能的影響。

通過壓鑄工藝制備Mg-La-Zn-Zr系鎂合金，考察Zn含量變化對鎂合金組織和性能的影響。壓鑄態(tài)Mg-La-Zn-Zr系合金由基體相α-Mg和La2Mg17相組成，微觀組織由固溶La元素的α-Mg固溶體基體相、富Zr固溶體相和沿晶界呈網(wǎng)狀分布的Mg-Zn-La化合物相組成。隨著Zn含量的增加，Mg-La-Zn-Zr系鎂合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率、硬度和熱導(dǎo)率出現(xiàn)先增后減的規(guī)律性變化，MgLa3.1Zn0.7Zr0.5合金具有優(yōu)的力學(xué)性能和121.05W/m?k的熱導(dǎo)率。

鎂合金是減輕武器裝備質(zhì)量 , 實(shí)現(xiàn)武器裝備輕量化，提高武器裝備各項(xiàng)性能的理想結(jié)構(gòu)材料。武器裝備的需要, 推動(dòng)了鎂合金材料及應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的發(fā)展。在軍工方面，以稀土金屬釹為主要添加元素的ZM6鑄造鎂合金已用于直升機(jī)減速機(jī)匣、殲擊機(jī)翼肋及30kW發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子引線壓板等重要零件。隨著冶煉和加工技術(shù)的進(jìn)步、價(jià)格的降低、武器裝備輕量化要求的日益提高，鎂合金在武器裝備上的應(yīng)用需求越來越大。

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