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1、快速凝固鎂合金鎂的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方，合金元素在鎂基體中擴散速率很低，而且在通常使用的鎂合金中凝固范圍均較寬，因此在凝固過程中容易產(chǎn)生晶間偏析和形成非平衡相，故鎂合金塑形很差?？焖倌踢^程中，鎂合金的各種傳輸現(xiàn)象被減弱或抑制，晶粒組織的長大受到局限，易形成超細的晶粒度、無偏析或者少偏析的微晶組織和亞穩(wěn)相。組織上的改變導(dǎo)致鎂合金力學(xué)性能和抗腐蝕性能的改善，使其具有良好的室溫力學(xué)性能、高溫力學(xué)性能和抗腐蝕性能，可制備非晶、準晶、微晶和納米晶合金。快速凝固制備鎂及鎂合金的方法很多，主要分為3類：1)霧化噴射技術(shù)，包括噴
2、射成型技術(shù)。2)連續(xù)急冷模冷鑄造技術(shù)。3)在已有的鎂合金材料的表面進行的原位快凝技術(shù)[18,19]。目前采用較多的單輥快速凝固裝置可制備薄帶狀產(chǎn)品。1.1快速凝固技術(shù)發(fā)展概述快速凝固作為一種新型的金屬材料制備技術(shù)，其基本原理是設(shè)法將合金熔體分散成細小的液滴，減小熔體體積與散熱面積的比值，提高熔體凝固時的傳熱速度，抑制晶粒長大，消除成分偏析?？焖倌毯辖鸾M織特點：(1)偏析傾向減小，成分均勻化；(2)形成超飽和固溶體；(3)組織超細化、尺寸均勻化；(4)晶體缺陷增加產(chǎn)生亞穩(wěn)晶體相，甚至準晶、非晶相。回顧快速凝固技術(shù)
3、50余年的發(fā)展歷史，可分為以下三個階段：1)伴隨著非晶合金的問世，在隨后的二十多年快速凝固技術(shù)主要用于研究和生產(chǎn)非晶、微晶功能材料；2)八十年代后，應(yīng)用快速凝固技術(shù)在Al-Mn合金中率先發(fā)現(xiàn)晶體學(xué)上極具理論研究價值的準晶相，從而掀起了準晶研究的熱潮；3)近二十幾年來，研究主要集中在快速凝固材料組織與性能的定量控制與預(yù)測上。如深過冷快速凝固技術(shù)的開發(fā)、非晶中納米晶的析出、表面重熔技術(shù)以及高壓下非平衡材料的制備等。非平衡條件下材料的組織形成與控制己成為材料學(xué)界研究的新熱點。與傳統(tǒng)材料制備技術(shù)相比，快速凝固技術(shù)具有一系
4、列優(yōu)點，如合金熔體的凝固速度快、冷速高、合金元素過飽和固溶度高、晶粒組織細小、合金成分及組織均勻、容易產(chǎn)生亞穩(wěn)相等。由此而制得的材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和抗腐蝕性能，以及通過產(chǎn)生新的相組成而獲得耐摩擦、高電阻率等其他優(yōu)異性能。目前，綜合開發(fā)鎂及鎂合金已成為國際共識，確立的幾個主要研發(fā)方向包括：降低生產(chǎn)成本、研究和開發(fā)產(chǎn)品的制備工藝、防腐與表面處理、提高合金室溫和高溫機械性能新材料開發(fā)、進一步開發(fā)航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用、快速凝固與后續(xù)加工。其中快速凝固被作為重要的研究方向之一，這是由于利用快速凝固可以研究凝固過程的基本原
5、理，制備超高性能非平衡材料，并有望成為鎂合金工業(yè)化推廣應(yīng)用的方向之一。1.2快速凝固鎂合金的結(jié)構(gòu)快速凝固細化了鎂合金的晶粒，明顯減少了成分偏析。據(jù)估計，一般的鎂合金快速凝固后晶粒尺寸減少到鑄態(tài)時的1/16，枝晶臂間距僅為5-8μm，經(jīng)過擠壓成型后的晶粒尺寸也只有3-10μm，彌散第二相的尺寸甚至低于1μm，晶粒的細化有可能抑制孿晶的形成。如果在合金中加入適量的Si，在快速凝固后可以形成直徑的沉淀相，這些沉淀相不僅強化了基體，還能阻止晶粒的長大。同時快速凝固使本來很小的溶質(zhì)固溶度有較大的擴展和形成了許多新的亞穩(wěn)相。
6、快速凝固鎂合金微觀組織結(jié)構(gòu)上的這些變化將使合金的性能有大幅度的提高。1.3快速凝固鎂合金的力學(xué)性能與常規(guī)鎂合金相比，快速凝固鎂合金的室溫強度、延展性、高溫力學(xué)性能和耐腐蝕性能都有明顯的改善。近年來，快速凝固應(yīng)用于非晶鎂合金方面取得可喜成績，超高強度非晶鎂合金抗拉強度已經(jīng)達到了1150MPa，比強度達到了，遠遠高于超高強度Ti6Al-4VT6合金(抗拉強度1167MPa，比強度。非晶態(tài)合金經(jīng)過擠壓成形后材料的強度極高。需指出的是盡管鎂基非晶合金強度極高，但由于現(xiàn)已開發(fā)的鎂基非晶材料密度很高，加之非晶態(tài)合金是亞穩(wěn)材料
7、，在一定溫度下長期工作會因析晶而導(dǎo)致材料組織、性能的變化，同樣無法應(yīng)用于高溫下的服役工況。除了強度的提高外，快速凝固后晶粒的細化也有效地改善了鎂合金的延展性。此外，快速凝固鎂合金的熱穩(wěn)定性也比常規(guī)鎂合金有較大提高。例如，在Mg-Al-Zr合金中，快速凝固形成的Al3Zr沉淀相釘扎了晶界，阻止了晶粒長大，其在300-400℃保溫達300小時后仍然能保持室溫強度不變。某些新型快速凝固鎂合金還同時具有很好的強度、延展性和高溫穩(wěn)定性。這些合金快速凝固后在晶粒細小的基體上產(chǎn)生了彌散的Mg3X(X=Pr,Nd,Ce,Y)或M
8、g17Y3沉淀相(尺寸為0.04-0.07μm)，這些沉淀相是有很高熔點和熱穩(wěn)定性的金屬間化合物，所以它們在擠壓固結(jié)成型和高溫條件下沒有發(fā)生明顯粗化，并能對晶界產(chǎn)生有效的釘扎作用，因而這些合金具有十分突出的室溫與高溫綜合力學(xué)性能。1.4快速凝固鎂合金的耐蝕性能快速凝固鎂合金晶粒的細化、微觀組織結(jié)構(gòu)的均勻化和鎂固溶度的提高，避免了常規(guī)合金化工藝中出現(xiàn)的微電池現(xiàn)象，從而提高了
