Mg-Sn-Ce三元系的相图研究综述

2021-05-18韦忠涛贺翠云通讯作者

探索科学(学术版) 2021年3期

王平韦忠涛贺翠云通讯作者

广西大学资源环境与材料学院广西南宁530004

镁是地球上含量排第四位的金属元素,它的密度为1.74g/c m3,比钢轻75%,比铝轻33%,是目前应用中最轻的金属结构材料,它的比强度和比钢度高,拥有良好的阻尼性和导热性、它的电磁屏蔽能力强,另外它还具有良好的切削加工性和铸造性能,以及容易回收等一系列优点。在汽车工业、通信电子工业和航空航天工业等领域得到日益广泛的应用。近年来,随着对节能环保的日益重视,汽车轻量化是实现节能减排的重要措施,被视为最具发展前景的汽车轻量化材料-镁合金,成为当下材料研究的热点。但是与铝合金相比,镁合金的研究和发展还很不充分,其实际应用还非常有限。目前镁合金的年产量只有铝合金年产量的1%。限制镁合金广泛应用的问题主要有以下几个方面:1)镁合金化学性质活泼,非常易燃,导致镁合金的熔炼加工困难;2)由于镁是密排六方结构(HCP),滑移系少,使得镁合金塑性成形能力和加工性能差;3)镁合金强度低,温度升高时,其强度和抗蠕变性明显下降,限制了镁合金在高温(150～350℃)场合的应用,使其无法用于制造对高温蠕变性能要求较高的汽车传动部件;4)耐腐蚀性差。因此,人们正从合金化和微合金化、熔体处理、晶粒细化、热处理和加工工艺优化等方面对镁合金展开深入的研究,以期解决镁合金目前存在的问题。

1 Mg-Sn 二元系

图1 -1 Nayeb-Hashemi和Clark[1]评估的Mg-Sn 二元实验相图

Ghosh[2]等充分考虑文献中所报告的实验热力学数据以及液相有强的短程有序性,他们对液相采用修正的准化学模型(MOM)而非传统的溶液模型进行描述,最终通过相图热力学优化模拟得到了如图1-2所示的Mg-Sn二元系的计算相图。

2 Mg-Ce 二元系

图1 -2 Ghosh[2]等优化计算的Mg-Sn二元相图

图2 -1 Nayeb-Hashemi和Clar k[3]评估的Mg-Ce二元实验相图

3 Ce-Sn相图及其各物相

二元系包括的二元化合物:Ce3Sn(AuCu3型,有序),Ce3Sn(立方,无序),α-Ce5Sn3(W5Si3型,低温型),β-Ce5Sn3(Mn5Si3型,高温型),Ce5Sn4(Sm5Ge4型),Ce11Sn10(Ho11Ge10型),Ce2Sn3(三斜),Ce3Sn5(Pu3Pd5型),Ce3Sn7(正交),Ce2Sn5(正交),CeSn3(Au Cu3型)。

图2 -2 Kang[7]等人优化计算的Mg-Ce二元系相图

图3 -1 Riani[10]等评估的Sn-Ce二元实验相图

Sn-Ce二元系的热力学优化相图是Ki m[11]等人完成的,如图3-2所示。

4 Mg-Sn-Ce 相图及其各物相

目前尚未发现有关Mg-Sn-Ce三元相图的报道。但在该体系目前已经报道存在三个三元化合物。2011年,Ritter[12]在研究RMgSn(R=Ce,Pr,Nd,Tb)化合物的磁性结构中报道了Mg:Sn:Ce=1:1:1,即MgSn Ce的三元化合物,其结构为Ti NiSi型。2016年,Wrubl[13]等报道了三元化合物Mg23Sn Ce6。2017年,Solokha[14]在感应炉中合成了三元化合物MgSn2Ce。