HDDR-原位压制成形法制备纳米晶Mg-Al合金的机理研究

本项目拟采用氢化脱氢法（HDDR）结合原位压制成形法制备纳米晶Mg-Al合金块体材料，并研究其成形过程中的影响因素和机理。研究镁合金粉体在不同氢化环境下的氢化性能及吸放氢热力学与动力学，全面分析Mg-Al合金氢化脱氢过程原理；探讨HDDR处理中Mg-Al-H三元系中发生的相转变及微观组织演化规律；分析Mg-Al合金的HDDR纳米晶化机制，形成制备纳米晶Mg-Al合金的HDDR处理技术的优化参数，获得晶粒尺寸小于100nm的纳米晶镁合金粉体；研究纳米晶镁合金的原位压制成形技术与快速烧结技术，认识纳米晶镁合金粉体在压制与烧结过程中的组织演化规律与固结致密规律，获得晶粒尺寸小于200nm且具有洁净界面的纳米晶镁合金材料；考察纳米晶镁合金晶粒尺寸与其力学性能之间的定量关系，并分析纳米晶Mg-Al合金的强化机制。为开发高性能镁合金材料提供理论基础及实验数据。

在各种镁合金的强化方法中，晶粒细化法被认为是最有效的一种，然而此前使用的方法只能将镁合金晶粒细化至1μm 左右，因此，本项目提出纳米镁合金块体材料的研究，期望进一步细化晶粒，获得高性能纳米镁合金材料。研究了镁合金粉体在不同氢化环境下的氢化性能及吸放氢热力学与动力学，全面分析了氢化温度、氢压、氢化时间等参数对Mg-Al 合金氢化脱氢过程的影响；研究了镁合金在氢化-岐化-脱氢-重组过程（HDDR）中的相转变及微观组织演化规律，通过优化工艺，获得了晶粒尺寸约20nm的镁合金粉体材料。探讨了HDDR处理中镁合金的晶粒细化机理，主要是在脱氢重组过程中通过再结晶完成的。最后通过温压成形法获得了晶粒尺寸约200nm的块体材料。同时，利用累积叠加叠轧技术，对AZ31镁合金板材进行加工，考察了镁合金层界面的演化及焊合过程原理，并且通过在镁合金板材之间插嵌碳纳米管制备了纳米多层镁合金材料。研究了镁合金表面超疏水膜的形成机理，在镁合金表面获得了超疏水的微纳二元结构膜，并测试了超疏水膜在0.1mol∕L NaCl溶液中的电化学腐蚀行为，结果显示，超疏水膜具有良好的腐蚀防护效果。通过Y、Ca、Zr等元素的加入，在高温下的镁合金表面形成了纳米级的保护膜，获得了集优良的阻燃性能和力学性能于一体的高性能镁合金，Mg3.5Y0.8Ca0.4Zr 合金可以无保护熔炼，同时具有255MPa的室温拉伸强度和17%的伸长率。上述工作为开发高性能纳米镁合金材料提供了理论基础及实验数据。