高强稀土镁合金
高性能稀土镁合金助力汽车行业迈向绿色环保
高性能稀土镁合金助力汽车行业迈向绿色环保稀土镁合金是一种具有广泛应用前景的新材料，尤其在汽车行业中具备独特的优势。
本文将探讨高性能稀土镁合金如何助力汽车行业迈向绿色环保的发展。
1. 引言随着全球环保意识的增强，汽车行业正朝着绿色环保的方向发展。
传统的铝合金和钢材在提升汽车燃油效率和减少二氧化碳排放方面面临着一定的挑战。
而稀土镁合金因其较低的密度、较高的强度和良好的加工性能，正成为汽车行业追求绿色环保的理想材料之一。
2. 稀土镁合金的特性稀土镁合金是由镁和稀土元素组成的合金，其独特的特性使其得到广泛应用。
首先，稀土镁合金具有较低的密度，相比于传统的钢材和铝合金，其密度更低，可以减轻汽车整体重量。
其次，稀土镁合金拥有良好的强度和刚性，能够满足汽车结构的安全性要求。
此外，稀土镁合金还具备优异的耐腐蚀性和良好的耐热性能，能够适应汽车复杂的工作环境。
3. 稀土镁合金在汽车行业中的应用（1）车身结构：稀土镁合金可以应用于汽车的车身结构中，通过替代传统的钢材和铝合金，减轻汽车整体重量，从而提高燃油效率。
稀土镁合金的强度和刚性能够满足车身结构的要求，保证乘员安全。
此外，稀土镁合金的优异耐腐蚀性确保了车身在恶劣环境下的耐久性。
（2）发动机部件：稀土镁合金可以应用于发动机的部件制造，如缸体和曲轴。
稀土镁合金具有良好的耐高温性能和强度，能够承受高温和高压的工作环境，提高发动机的效率和可靠性。
（3）电动车辆：随着电动车辆的兴起，稀土镁合金也在电动车辆中得到广泛应用。
由于稀土镁合金的较低密度，电动车辆使用稀土镁合金材料可以使电池续航里程更长，提高电动车辆的能量利用率。
4. 稀土镁合金的挑战和未来发展稀土镁合金在汽车行业中的应用仍面临一些挑战。
首先，稀土元素的稀缺性和环境影响需要得到合理的管理和利用，以避免对环境产生负面影响。
其次，稀土镁合金的加工和成型技术仍需要进一步改进和发展，以满足汽车行业对材料的高要求。
此外，稀土镁合金的成本仍然较高，降低成本是提高其应用前景的关键。
高性能稀土镁合金及其研究进展
高性能稀土镁合金及其研究进展镁合金作为一种轻质的绿色工程材料具有很大的应用前景，被称为21世纪的“绿色工程材料”。
然而，大部分镁合金的力学性能（尤其高温力学性能）较差，使其应用受到限制。
因此，如何改善其力学性能成为亟待解决的问题。
添加合金化元素是常用来改善镁合金力学性能的手段之一，尤其是添加稀土元素。
稀土元素对镁合金具有“净化”“细化”“强化”“合金化”的四重作用。
Mg-RE系合金因其优异的高温拉伸性能、抗蠕变性能及良好的塑性成形能力而备受青睐，被认为是最具有应用前景的高温高强合金体系。
因此，本文主要综述近年来国内外在高性能稀土镁合金方面的研究进展，重点介绍制备高性能镁合金的制备方法、加工技术、热处理工艺、强韧化机制及目前研究中存在的问题与不足。
1.Mg-RE系合金Mg-RE系合金是目前镁合金中最重要的高强耐热镁合金体系，尤其是含有重稀土元素（Gd、Y、Dy、Ho、Er等）的镁合金。
Mg-RE系二元合金的时效硬化特性、强度与稀土添加量成正比关系，如在 Mg-Gd二元合金体系中Gd的质量百分含量若低于10%则合金的时效析出偏低或者无析出，直接导致合金的强度及耐热性能降低。
为了降低稀土的添加量且不影响时效硬化特性效果，在Mg-RE二元合金的基础上添加其它合金化元素开发出了三元、四元等稀土镁合金。
目前，稀土镁合金主要包括在Mg-Gd体系上形成的Mg-Gd-Y、Mg-Gd-Er、Mg-Gd-Ho、Mg-Gd-Dy等系列合金，在Mg-Y体系上形成的Mg-Y-Gd、Mg-Y-Nd、Mg-Y-Sc-Mn 等系列合金，为了细化晶粒稀土镁合金中常常加入Zr元素。
除了早期的WE54、WE43合金，Mordike等通过添加Sc及Mn等元素，开发了抗蠕变性能优于WE43合金的Mg-4Y-1Sc-1Mn(wt.%)合金；He等用普通铸造+挤压+峰值时效的方法制备了高强耐热Mg-10Gd-2Y-0.5Zr(wt.%)合金，其室温下的屈服强度、抗拉强度、延伸率分别可高达331 MPa、397 MPa、1%。
稀土镁合金特点
稀土镁合金特点
稀土镁合金是一种新型的轻质高强材料，具有以下几个特点：
1. 轻质高强
稀土镁合金的密度只有铝的2/3，但其强度却比铝合金高出一倍以上。
这使得稀土镁合金在航空航天、汽车、电子等领域有着广泛的应用前景。
2. 耐腐蚀性强
稀土镁合金具有良好的耐腐蚀性，能够在酸、碱、盐等恶劣环境下长
期稳定地工作。
这使得稀土镁合金在海洋工程、化工等领域有着广泛
的应用前景。
3. 抗热性好
稀土镁合金具有良好的抗热性能，能够在高温环境下长期稳定地工作。
这使得稀土镁合金在航空航天、火箭发动机等领域有着广泛的应用前景。
4. 加工性能好
稀土镁合金具有良好的加工性能，能够通过挤压、拉伸、锻造等多种方式进行加工。
这使得稀土镁合金在制造各种复杂形状的零部件时具有优势。
总之，稀土镁合金具有轻质高强、耐腐蚀性强、抗热性好、加工性能好等特点，是一种非常有前途的材料。
随着科技的不断进步，相信稀土镁合金将会在更多的领域得到应用。
新型稀土增强镁合金材料的研究进展与应用前景
新型稀土增强镁合金材料的研究进展与应用前景新型稀土增强镁合金材料的研究进展与应用前景稀土增强镁合金材料是一类新型的高性能材料，具有轻量化、高强度、高刚性和优良的可塑性等优点。
在近年来的研究中，稀土增强镁合金材料表现出了较好的性能，并逐渐在航空航天、汽车制造、电子设备等领域中得到了广泛的应用。
本文将对目前稀土增强镁合金材料的研究进展和应用前景进行探讨。
首先，稀土元素在镁合金中的添加可以显著改善其力学性能。
传统的镁合金材料在室温下的强度和塑性之间存在矛盾，即强度高的材料往往塑性较差。
而稀土元素的添加可以通过细化晶粒、固溶强化和位错与界面的相互作用等机制，有效提高镁合金材料的力学性能。
研究表明，添加稀土元素的镁合金材料在室温下的抗拉强度可达到200-300 MPa，屈服强度可达到100-200 MPa，延伸率可达到10-20%。
这些性能接近于一些传统的结构材料，使得稀土增强镁合金材料在航空航天、汽车制造等领域中具有广泛的应用前景。
其次，稀土增强镁合金材料的研究也取得了在高温环境下的突破。
传统的镁合金材料在高温下容易发生蠕变和组织退火，导致其力学性能的丧失。
而稀土元素在镁合金中的添加可以有效提高材料的高温强度和耐热稳定性。
研究表明，添加稀土元素的镁合金材料在高温环境下的抗拉强度可达到150-250 MPa，屈服强度可达到80-150 MPa。
此外，稀土元素的添加还可以改善镁合金材料的高温抗氧化性能和耐热稳定性，延长材料的使用寿命。
因此，稀土增强镁合金材料在高温环境下的应用前景也是非常广阔的。
然而，稀土增强镁合金材料仍然存在一些挑战和问题需要解决。
首先，稀土元素具有较高的成本和环境风险，其添加会增加材料的制备成本和环境污染。
因此，如何降低稀土材料的添加量或开发替代稀土元素的增强方法是一个亟待解决的问题。
其次，稀土元素的添加对材料的成形性能和可焊性也会产生一定的影响，进一步限制了稀土增强镁合金材料的广泛应用。
常用的稀土镁合金种类
常用的稀土镁合金种类
稀土镁合金是一种高性能的轻质合金，由稀土元素和镁元素组成。
它具有优异的力学性能、耐腐蚀性能和耐高温性能，广泛应用于航空、汽车、电子、医疗等领域。
下面介绍几种常用的稀土镁合金种类。
1. AZ91D合金
AZ91D合金是一种常用的稀土镁合金，由9%铝和1%锌组成，加入稀土元素后，可以提高合金的强度和耐腐蚀性能。
该合金具有优异的机械性能和加工性能，广泛应用于汽车、航空、电子等领域。
2. AM50A合金
AM50A合金是一种含铝的稀土镁合金，由5%铝和0.5%锰组成，加入稀土元素后，可以提高合金的强度和耐腐蚀性能。
该合金具有优异的机械性能和加工性能，广泛应用于汽车、航空、电子等领域。
3. WE43合金
WE43合金是一种高强度的稀土镁合金，由4%铝、3%锆和0.5%稀土元素组成，具有优异的机械性能和耐腐蚀性能。
该合金广泛应用于航空、航天、国防等领域，是一种重要的结构材料。
4. ZK60A合金
ZK60A合金是一种含锆的稀土镁合金，由5.5%锌、0.45%锆和0.8%稀土元素组成，具有优异的机械性能和耐腐蚀性能。
该合金广泛应用于航空、汽车、电子等领域，是一种重要的结构材料。
稀土镁合金是一种重要的轻质合金，具有优异的机械性能、耐腐蚀性能和耐高温性能，广泛应用于航空、汽车、电子、医疗等领域。
不同种类的稀土镁合金具有不同的组成和性能，可以根据具体的应用需求选择合适的合金。
稀土对镁合金性能的提高
稀土对镁合金性能的提高
1、提高镁合金力学性能
如前所述，稀土的添加通过细晶强化、固溶强化、弥散强化及时效沉淀强化(其中的一种或几种强化机制)提高镁合金的力学性能，特别是高温力学性能，使得稀土镁合金成为高温抗蠕变、高温高强镁合金的重要研发方向。
2、提高镁合金耐蚀性能
稀土元素能够与镁合金中有害杂质(如铁、镍等)结合，降低它们的强阴极性作用，并且能够优化合金组织结构，抑制阴极过程，从而提高合金基体的耐蚀性能。
此外，稀土的加入使合金表面生成更加致密的腐蚀产物膜，抑制合金的进一步腐蚀，因此稀土能够有效地提高镁合金耐腐蚀性能。
3、提高镁合金摩擦磨损性能
稀土元素与氧、硫等杂质元素有较强的结合力，抑制了这些杂质元素引起组织疏松的作用;在熔炼过程中，稀土元素能与水气和镁液中的氢反应，生成稀土氢化物和稀土氧化物以除去氢气，减少气孔、针孔及缩松等铸造缺陷，提高了铸件质量，减少了在摩擦过程中裂纹源的产生;稀土元素还可以净化晶界，增加晶界强度，使裂纹不易在晶界处产生;在材料摩擦过程中，磨损表面不可避免会发生温度升高，在大气环境中，几乎无法避免氧化作用的影响，摩擦表面的氧化物层对摩擦磨损起着非常重要的作用。
稀土元素在氧化物膜与基体界面发生了偏聚，提高了氧化物膜的粘着力，细化了膜的组织，有助于提高膜的耐磨性和抗剥离能力，这样形成的氧化物膜比较稳定，故增强了稀土镁合金的承载能力。
4、提高镁合金疲劳性能
一方面稀土的加入抑制了氧、硫等杂质元素引起的组织疏松作用，减少了气孔及缩松等铸造缺陷，提高了铸件质量，从而减少在疲劳过程中裂纹源的产生。
另一方面，稀土添加引起的晶粒细化、第二相强化及固溶强化增强了镁合金的抗疲劳性能。
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高强稀土镁合金的电化学性质研究
摘要：Mg-Gd-Y系高强稀土镁合金是稀土镁合金的一类。
我们测量了含有Zr、Zn 元素的这类合金的电化学性质：极化曲线，阻抗和开路电位。
电化学阻抗谱的测试结果证明合金在不同状态下只是腐蚀速度有所不同。
随着Gd的增加，合金的耐蚀性不断提高，其腐蚀产物主要由大量直立于试样基底表面的细小片状组成。
镁合金由于标准电位低，致使其耐腐蚀性较差，并且镁合金的表面膜疏松多孔，而加入Gd，Y，Zr元素后，其耐蚀性大幅提高。
此外，稀土元素的细化晶粒作用很强，产生的强化效果较为显著。
关键词：极化曲线，阻抗，细化晶粒，耐蚀性
金属镁及其合金是目前应用的最轻的结构材料，具有铝和钢不可替代的性能，如高比强度、高比弹性模量等[1]，而且镁合金的高阻尼减振性更是其他结构材料所难具备的特点[2]应用前景很好。
镁合金作为结构件使用其主要问题是强度不够，因此人们一直致力寻找新型镁合金或通过工艺优化使其达到中强度铝合金的水平。
而且镁合金中镁化学性质活泼，对氧、氮等气体有极强的亲和力，容易被氧化，形成MgO和Mg3N2，其耐蚀性较差。
稀土元素的性能十分特别，常在冶金和材料领域起到意想不到的作用，例如，它可以净化合金熔液、改善合金组织、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐腐蚀性能等[3]。
稀土元素在镁合金中也可能起到独特的作用，因此，研究稀土镁合金的性能就十分必要。
由于镁合金的平衡电位很低，较易失去电子发生氧化反应，耐蚀性较差，所以，研究稀土镁合金的电化学性质成为研究稀土镁合金的一个重点方向。
对稀土镁合金的电化学性质研究主要需要测定稀土镁合金的极化曲线，开路电位，阻抗等。
我们研究的是较为常见的Mg-Gd-Y稀土镁合金，同时在合金中掺杂些其他元素如Zr、Zn，以观察其性能变化。
1 实验
将实验原料用纯Mg（99.9%）、纯Zn（99.9%）纯Gd（99.9%）、纯Y（99.9%），纯Zr（99.9%）在电阻炉中熔炼。
制备过程采用气体保护。
合金编号及其化学成
分如下表
表1 合金的化学成分
序号合金成分/wt%Gd Y Zn Zr Mg
1-1 Mg-10Gd-4Y-1.5Zn-0.6Zr 8.1942 2.6804 1.3815 0.4769 87.2671
1-2 Mg-10Gd-5Y-0.6Zr 10.4894 3.8091 0.0455 0.3719 85.284
1-3 Mg-10Gd-5Y-1.5Zn-0.6Zr 9.1052 3.3332 1.2864 0.3963 85.8788
1-4 Mg-10Gd-6Y-1.5Zn-0.6Zr 8.8283 4.0636 1.3159 0.6233 85.1689
2-1 Mg-12Gd-3Y-1Zn-0.6Zr 11.2028 2.1533 0.9644 0.3692 85.1533
2-2 Mg-12Gd-4Y-0.6Zr 11.7077 3.0803 0 0.2585 84.9536
2-3 Mg-12Gd-4Y-1Zn-0.6Zr 12.1666 3.0335 0.9885 0.5537 83.2577
2-4 Mg-12Gd-5Y-1Zn-0.6Zr 11.2375 3.5265 0.924 0.3448 83.9672
3-1 Mg-14Gd-2Y-1Zn-0.6Zr 13.5159 1.52 0.9542 0.5019 83.5079
3-2 Mg-14Gd-3Y-0.6Zr 12.9266 1.952 0.0617 0.4528 84.6069
3-3 Mg-14Gd-3Y-1Zn-0.6Zr 12.4046 2.2177 0.8083 0.4442 84.1252
3-4 Mg-14Gd-4Y-1Zn-0.6Zr 12.3743 2.7416 0.8933 0.335 83.6558 将稀土镁合金加工成半径为3cm，扇角为60度，厚度为1cm的式样，用砂纸
打磨，打磨到600号砂纸为止，用蒸馏水清洗，经过去氧化处理后进行极化曲线
的测试。
测试在CHI660A型工作站上进行。
采用三电极体系，参比电极为饱和甘
汞电极，辅助电极为铂片电极，工作电极为扇形式样。
式样与溶液的接触面为直
径为1cm的圆，扫描速率为1mv/s，扫描范围为10-5——1v。
2、结果及分析
结果如图1-1——图9-3。
实验数据处理为下表：
序号合金成分/wt%腐蚀电位/V 自腐蚀电流密度/10-5 A 阻抗
1-1 Mg-10Gd-4Y-1.5Zn-0.6Zr -1.58 8.25
1>4>2>3 1-2 Mg-10Gd-5Y-0.6Zr -1.66 10.00
1-3 Mg-10Gd-5Y-1.5Zn-0.6Zr -1.62 10.15
1-4 Mg-10Gd-6Y-1.5Zn-0.6Zr -1.61 10.10
2-1 Mg-12Gd-3Y-1Zn-0.6Zr -1.62 8.80
1>4>2>3 2-2 Mg-12Gd-4Y-0.6Zr -1.71 8.90
2-3 Mg-12Gd-4Y-1Zn-0.6Zr -1.63 10.20
2-4 Mg-12Gd-5Y-1Zn-0.6Zr -1.64 10.20
3-1 Mg-14Gd-2Y-1Zn-0.6Zr -1.66 10.00
2>1>3>4 3-2 Mg-14Gd-3Y-0.6Zr -1.69 10.10
3-3 Mg-14Gd-3Y-1Zn-0.6Zr -1.64 10.00
3-4 Mg-14Gd-4Y-1Zn-0.6Zr -1.66 10.10
表2（铸造）
序号合金成分/wt%腐蚀电位/V 自腐蚀电流密度/10-4 A 阻抗
1-1 Mg-10Gd-4Y-1.5Zn-0.6Zr -1.60 4.50
3>1>2>4 1-2 Mg-10Gd-5Y-0.6Zr -1.62 7.50
1-3 Mg-10Gd-5Y-1.5Zn-0.6Zr -1.60 4.50
1-4 Mg-10Gd-6Y-1.5Zn-0.6Zr -1.58 4.50
2-1 Mg-12Gd-3Y-1Zn-0.6Zr -1.60 3.80
相近
2-2 Mg-12Gd-4Y-0.6Zr -1.60 4.50
2-3 Mg-12Gd-4Y-1Zn-0.6Zr -1.59 3.80
2-4 Mg-12Gd-5Y-1Zn-0.6Zr -1.58 3.80
3-1 Mg-14Gd-2Y-1Zn-0.6Zr -1.60 2.00
3>1>2>4 3-2 Mg-14Gd-3Y-0.6Zr -1.65 2.80
3-3 Mg-14Gd-3Y-1Zn-0.6Zr -1.60 2.00
3-4 Mg-14Gd-4Y-1Zn-0.6Zr -1.60 2.00
表3（挤压态）
在NaCl溶液中的腐蚀，腐蚀产物的形貌随着腐蚀时间的延长，由蜂窝状转变为多孔结构的直立片状。
电化学阻抗谱的测试结果证明合金在不同状态下只是腐蚀速度有所不同。
随着Gd的增加，合金的耐蚀性不断提高，其腐蚀产物主要由大量直立于试样基底表面的细小片状组成。
镁合金由于标准电位低，致使其耐腐蚀性较差，并且镁合金的表面膜疏松多孔，而加入Gd，Y，Zr元素后，其耐蚀性大幅提高。
Y的原子半径比Mg的原子半径大，进入晶格内将引起较大的晶格畸变，使系统的能量增加，再加上Y是表面活性元素，使合金液的界面张力降低，晶粒的形核功下降，临界晶核半径减小，形核容易，晶粒细化，从而铸态组织细化。
测量金属在中性的NaCl溶液中的阻抗谱和极化曲线时，应将电极多浸泡一段时间，使腐蚀体系处于稳定状态，否则从阻抗谱得到的极化电阻和从极化曲线得到的腐蚀速度是不准确的。
稀土元素在固液界面前沿引起成分过冷，过冷区形成新的形核带而形成细等轴晶，此外稀土元素的富集使其得到阻碍α-Mg晶粒长大的作用，进一步促进晶粒的细化。
根据Hall-Petch公式，合金的强度随晶粒尺寸的细化而增加，并且相对体心立方和面心立方晶体而言，晶粒尺寸对密排六方金属强度影响更大，因此镁合金晶粒细化产生的强化效果极为显著。
Zn是镁合金中重要的合金元素，添加到稀土元素合金对形成强化结构有益，在镁合金中添加Zr能起到细化晶粒作用，而Y的增加。
合金的时效硬化行为和强度都得到相应的提高，但延伸率有所下降。
由于α-Zr与纯镁同为密排六方结构，且晶格系数一样。
因此符合作为晶粒形核核心的“尺寸结构相匹配”原则，会使合金的晶粒大大细化。
稀土镁合金在200摄氏度的高温拉伸强度下降趋势较缓，而延伸率逐渐增加。
参考文献：
1 郭菲菲稀土镁合金的研究进展及应用 (北京有色金属与稀土应用研究所北京)10001
2 郑子樵材料科学基础[M]．长沙：中南大学出版社，2005．
3 张志高中南大学 Mg-Gd-Y-Zr耐热镁合金组织、性能研究 2009.
4 王其龙,吴国华,郑韫,丁文江 Mg-Gd-Y系合金的研究进展 2009.
5 赵祖德，杨平，路林林，朱世凤中国兵器工业第九所Mg_Gd_Y变形镁合金的组织结
与性能2008。