深冷镁合金纳米准晶相析出动力学及强化机制

Quasicrystalline phase with nanoscale (nano I-phase) has fantastic physical properties, such as high hardness and low interface energy. This kind of nano I-phase is one excellent strengthening phase of magnesium alloy, since nano I-phase could weaken largely basal texture of Mg alloy and then improve its deformation behavior. Thus, the key point is to design a process, which could form large volume fraction of nano I-phase in the Mg matrix. The present project is plan to study the precipitation kinetics of nano I-phase and its strengthening mechanism in Mg-Zn-Gd alloy by using the cryogenic treatment. Cryogenic treatment (CT) is a technique that materials are going to be processed at about liquid nitrogen temperatures (77K). The formation condition of nano I-phase under cryogenic environment will be focused. The model of precipitation kinetics of nano I-phase will be constructed. The thermodynamic of I-phase will be investivaged through varing the component of Mg alloy under the cryogenic condition. The effect of CT on microstructures (including grain size, grain rotation and texture) and mechanical properties of Mg alloy under ambient and elevated temperature will be investigated intensely. The strengthening mechanism of nano I-phase will be illustrated by discussing the relationship among CT, microstructure and properties. This project has significant scientific value for the development of Mg alloy with high performance and promotes its application.

纳米准晶相具有特殊的高硬度和低界面能等优点，能够弱化镁合金的织构和改善变形行为，是一种提高镁合金综合性能的优良增强相。因此，寻找一种合适的工艺，使镁基体中能够形成大量的纳米准晶相，是提高镁合金性能的一个关键。 本项目拟选择准晶增强Mg-Zn-Gd合金系，对其进行深冷处理，促使镁合金基体内部形成大量的纳米准晶相，并研究其析出动力学及强化机制。本项目研究镁合金纳米准晶相在深冷条件下的析出动力学条件，揭示纳米准晶相的形成机理和析出动力学模型。研究深冷条件下镁合金成分对纳米准晶相形成的热力学条件。研究深冷条件对镁合金组织结构的变化(包括晶粒大小、晶粒转动和织构)和力学性能的影响，阐明纳米准晶相对镁合金的强化机制。揭示深冷处理工艺-组织结构-性能之间的本质关系。 本项目研究将揭示深冷条件下纳米准晶相的形成机制及其对镁合金的强化机制等基础理论，对我国高性能镁合金材料研究具有重要的学术价值和应用前景。

项目研究了深冷处理下纳米沉淀相增强镁合金的设计、制备及其成形机制，并利纳米沉淀相具有硬度高和界面能低等优点来增强镁合金。通过研究,获得深冷条件下纳米沉淀相的形成规律，建立深冷处理过程中纳米沉淀相的析出动力学模型；实现镁合金中纳米沉淀相的种类、形貌、大小、体积份数进行组织调控，揭示纳米沉淀相对镁合金的强化机制，对我国高性能镁合金材料基础理论舔砖加瓦。项目研究发现深冷处理能使得镁合金发生在常温以及热处理过程中不曾发生过的内部结构变化，利用准晶相、W相、MgZn相等纳米沉淀相有效调控，可以综合提高镁合金的强度、韧性、硬度、耐磨性和抗疲劳等性能，突破传统的强度和韧性相矛盾的现象，表现为综合力学性能的提高，是极具工业应用价值的镁合金加工技术。.项目期间发表SCI论文15 篇，其中1篇高引论文(Carbon, 127 (2018), 177-186)； 申请国家发明专利4项；承办会议3次，参加国内会议4次，国际合作交流6次；培养9名研究生（其中省级优秀硕士论文3篇），超额完成预设指标任务。此外项目负责人依据项目成果获得江西省百千万人才工程（2016）、江西省杰出青年人才计划（2016）、江西省主要学科学术带头人（2017）、赣江特聘教授(2015)、南昌大学青年岗位能手（2015）等荣誉，并以项目成员为核心团队获得获批2个省级平台（江西省轻质高强结构材料重点实验室（2017）、江西省“海智计划”南昌大学工作站（2017））。研究团队所在学科入选国家“双一流”学科建设（2017）；所在院校被设为部省共建学校（2017）。