鎂的密度約為1.74g/cm
,是最輕的工程材料之一,鎂合金較其它合金具有很大優(yōu)勢,其密度遠小于鋁、鈦、鐵等
。鎂合金比強度高、比剛度高、阻尼性高、減振性好及電磁屏蔽性好,利于回收及循環(huán)利用。這些優(yōu)點使鎂合金在航空航天業(yè)、汽車工業(yè)、電子通信業(yè),醫(yī)用器材等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用,被譽為當代綠色工程材料
。但Mg-Al系合金的高溫蠕變性能差
。由于Sn與Mg能生成高熔點的Mg
Sn相,從而能提高鎂合金的高溫性能
;輕稀土(La,Ce,Nd,Pr,Sm)是用于改善Mg合金性能的常用元素
。因此Mg-Sn-Pr三元系相圖的研究對新型高溫鎂合金的研發(fā)具有重要的意義。目前對多元系鎂合金凝固次序及相變研究還較少,但這些信息是獲得合理相圖熱力學(xué)優(yōu)化數(shù)據(jù)所需要的關(guān)鍵信息。本研究運用高頻感應(yīng)爐制備鑄態(tài)合金樣品,通過觀測鑄態(tài)樣品的顯微結(jié)構(gòu),確定每個合金的初晶相及凝固次序,最后繪制出Mg-Sn-Pr三元系富Mg端的液相面投影圖,為Mg-Sn-Pr三元系的相圖熱力學(xué)優(yōu)化提供寶貴的液相投影圖數(shù)據(jù)。
本研究所采用的Mg、Sn及Pr三種元素的含量均為99.99%。采用高頻感應(yīng)熔煉的方法制備合金樣品。高頻感應(yīng)爐熔煉具有幾個優(yōu)點。首先,由于加熱體只包括金屬,加熱過程短,可以迅速獲得高溫。其次,由感應(yīng)電流產(chǎn)生的金屬熔池的自然攪拌使合金均勻化。線圈是高頻感應(yīng)爐的主要部件。它是空心的高導(dǎo)電性銅水冷管纏繞成螺旋線圈。線圈包含在鋼殼內(nèi),并使用磁屏蔽來防止支撐殼發(fā)熱。由于高頻感應(yīng)熔煉是在內(nèi)襯坩堝中進行的,因此要選擇在操作溫度下不會與熔融金屬發(fā)生反應(yīng)的內(nèi)襯材料。本研究中選用高溫穩(wěn)定性較好的Al
O
坩堝。同樣預(yù)先處理好總重約3g的樣品放置于Al
O
坩堝中,然后將Al
O
坩堝放置于石墨上,罩上石英玻璃管,抽至一定真空后通入約0.2Mpa的氬氣進行保護。理論上充入氬氣越多,對Mg的揮發(fā)抑制就越好。但鑒于石英玻璃管的強度及從實驗安全的角度考慮,充入氬氣不超過0.2Mpa。高頻感應(yīng)加熱是產(chǎn)生高頻磁場作用于樣品之上,對樣品感應(yīng)產(chǎn)生渦流電流及焦耳熱使其熔化。金屬Pr中的渦流電流不強,產(chǎn)生的焦耳熱難以將其融化。而石墨能迅速產(chǎn)生渦電流且導(dǎo)熱性強,因此還需要通過石墨來加強樣品的加熱效率。熔煉樣品過程中可以觀察到Sn是最先熔化的,其次到Mg,最后才到Pr,并且不同成分樣品其加熱過程中反應(yīng)劇烈程度有很大不同,Pr含量較多時,因為Pr在高溫中化學(xué)性質(zhì)較為活潑,會在其臨近完全熔化前出現(xiàn)飛濺及微微的爆鳴聲。此時則證明合金樣已經(jīng)熔化,需要迅速降低電流保溫一定時間,待樣品被渦流攪拌均勻即可。熔煉好的樣品待其冷卻后,應(yīng)立刻放入裝有石蠟的試管中保存,以防止含稀土Pr的樣品在空氣發(fā)生氧化反應(yīng)。
讓他驚訝的是,那人不是她。他立即意識到,是小偷從陽臺翻了進來。他就沖著正在客廳翻東西的小偷大喝一聲:住手!小偷和他就在客廳里躲躲閃閃地打斗起來。小偷在黑暗中揮舞著尖刀刺來刺去,但都被他躲開了。
制備金相樣品是顯微結(jié)構(gòu)分析實驗前必不可少的工作。為了便于之后磨樣及掃描電子顯微鏡的裝樣要求,本研究制備的金相樣品直徑約22mm,厚約為12mm。鑲樣的方法大致分兩種,一種為醫(yī)用牙托粉為鑲嵌料的冷鑲法,一種為以酚醛塑料或電玉粉為鑲嵌料的熱鑲法。由于本研究磨樣及短暫存儲樣品過程中均會采用無水乙醇,其對牙托粉有一定溶解作用,從而會造成較多的孔洞,不利于掃描電鏡實驗的進行。而且牙托粉導(dǎo)電性較差,也將影響掃描電鏡的成像。因此經(jīng)過前期的實驗探索,決定使用熱鑲法進行制樣。熱鑲采用的是黑色酚醛塑料粉,其導(dǎo)電性較好,利于掃描電鏡成像,并且其鑲制成的樣品質(zhì)地較為緊密,不易無水乙醇,因此在抽真空過程中比較順利。制備時先將合金樣品平整地放入約22mm的金相試樣鑲嵌機(沈陽科晶自動化設(shè)備有限公司,XQ-2B型金相試樣鑲嵌機)模具中,填入高度約16mm的黑色酚醛塑料粉,加熱至135℃,保溫10分鐘并壓制緊密。
磨樣是制備標準金相樣品關(guān)鍵步驟,樣品磨制的好壞極大影響金相顯微組織的觀察效果。本研究采用自動磨拋機(萊州市蔚儀試驗器械制造有限公司,MoPao2S型自動磨拋機)進行磨制樣品。將鑲嵌好的樣品,放置于磨拋機卡盤上,壓力設(shè)置為12N,轉(zhuǎn)頭及底盤轉(zhuǎn)數(shù)分別為50r/min及400r/min。選取顆粒度為600目,800目,1200目,1500目,2000目砂紙各一張,單張磨制時間為180秒。磨制過程中為了減少樣品的氧化,則不能采用常規(guī)的水來作為冷卻液,改為采用無水乙醇進行冷卻。特別注意的是,每次更換砂紙應(yīng)將樣品用脫脂棉花擦拭干凈,減少鑲樣粉殘留在樣品表面造成新的劃痕。并且為了減少樣品的氧化,還應(yīng)將樣品迅速放置于無水乙醇中保存。待更換好砂紙后方可重新放入卡盤中。拋光過程中采用羊絨拋光布進行,將樣品表面先涂上0.5μm的金剛石拋光膏,放置于卡盤中,壓力調(diào)整為9N,拋光120秒,之后擦拭干凈樣品后,涂抹上0.1μm的金剛石懸浮液再次拋光120秒。對拋光好的樣品采用光學(xué)顯微鏡(德國卡爾蔡司AG,Axio Imager A2M型)觀察其是否存在明顯劃痕,其次觀察樣品相界是否清晰,通過顯微鏡初步了解其相分布情況,以便于后續(xù)的掃描電鏡分析,觀察好的樣品應(yīng)立刻放置于石蠟中短暫保存減少其氧化。
鑄態(tài)樣品顯微結(jié)構(gòu)的分析是用光學(xué)顯微鏡初步觀察相分布,但是光學(xué)顯微鏡對于極小或襯度不明顯的相之間辨識度有限。因此對于相分布的精確確定還依靠于配備能譜儀(EDS)(英國牛津儀器,X-MAX 80型)的掃描電子顯微鏡(SEM)(日本日立高新技術(shù)公司,SU-8020)。由于上文提到樣品必須保存于石蠟或者無水乙醇中,因此操作掃描電子顯微鏡前必須進行干燥處理,將樣品用脫脂棉擦拭干凈后放置于蒸發(fā)皿中,并使用真空干燥皿抽10分鐘真空,目的是盡可能抽出樣品氣孔中的無水乙醇及空氣。這步操作能有效提高樣品在掃描電子顯微鏡中的成像清晰度。在掃描電子顯微鏡裝樣前,應(yīng)提前剪制好需要的導(dǎo)電膠,再將真空干燥皿打開取出樣品,迅速將樣品粘牢在樣品臺,樣品間使用導(dǎo)電膠連接,并連接一條導(dǎo)電膠至樣品臺,既能提高樣品的導(dǎo)電性又能根據(jù)導(dǎo)電膠走向確定樣品位置,便于接下來的拍攝。拍攝時應(yīng)在低倍數(shù)選取相分布均勻的較大區(qū)域運用能譜儀的點掃描能確定樣品的實際成分,接著調(diào)整至高倍數(shù)調(diào)整對比度及相散使各相呈現(xiàn)出清晰的相界,對于某些樣品由于相之間相成分接近,在二次電子模式下未能清晰的分辨出各相,則還需調(diào)整至背散射模式,該模式對相之間的襯度識別度強。接著拍攝各物相的形貌及分布特征。然后選3至5個區(qū)域?qū)Ω魑锵噙M行點掃描,確定各物相的原子百分數(shù)成分。
圖1(a-f)給出6個初晶相區(qū)代表合金的顯微照片。圖1a是鑄態(tài)合金C1的SEM照片,從圖中能觀察到,黑色相是Mg,它大塊且獨立,周圍包裹著最后凝固的液相,因此推斷Mg為初晶相?;野咨酁椋é?/p>
)(MgSnPr),它是第二個析出相,最后凝固的為Mg+Mg
Sn的共晶組織。圖1b是鑄態(tài)合金C2的SEM照片,從該照片可以看出三相中的深灰色相(Mg
Sn),其形貌遠大于其他兩相,且呈獨立分布,因此推斷該相為初晶相,淺灰色的相(τ
)為次生相,最后凝固的相是黑色的Mg。圖1c是C4的SEM照片,從該照片可以發(fā)現(xiàn)灰色相(τ
)分布獨立且量多,固τ
為該鑄態(tài)樣品的初晶相。深灰色的相為Mg
Sn,其含量遠少于τ
,它是第二個析出的相。最后凝固的是Mg+Mg
Sn的共晶組織。圖1d是C5合金的SEM照片。由該照片可以很容易的判斷淺灰色的獨立塊狀相(τ
)為初晶相,深灰色相(Mg
Pr)為次生相,最后凝固的是黑色相Mg
Pr。C6的SEM照片如圖1e所示,灰白色相(Pr
Sn
)呈獨立分布,為初晶相,黑色相(Mg
Pr)包圍著初生相,固為次生相,呈連片狀的灰色相(Mg
Pr)為最后的凝固相。從C3的SEM照片(圖1f)中可以發(fā)現(xiàn)Pr
Sn呈孤島狀分布,為初晶相,包裹在初晶相周圍淺灰色相(MgPr)為次生相,連片狀的深灰色相(Mg
Pr)為最后凝固相。
兩人來到一家咖啡店,坐到桌旁。侍者端來兩杯咖啡,蘇婷婷問:張陽,有什么話你說吧!張陽想了想:婷婷,離開杰克吧,你和他不合適。蘇婷婷不服地:你怎么知道我和杰克不合適?張陽自信地:我能感覺出來,婷婷,我愛你。蘇婷婷站起身:張陽,還有別的話嗎?沒有我走了!張陽無奈地:好,我不說這個了。蘇婷婷剛要坐下,看見杰克和一個外國朋友走進來,二人目光相遇,杰克看看張陽……
Mg-Sn-Pr部分代表性鑄態(tài)合金試樣的SEM-EDS及XRD測試結(jié)果如表1所示。
本實驗用SEM-EDS和XRD實驗方法,對Mg-Sn-Pr三元系富Mg端鑄態(tài)合金樣品進行了形貌及成分分析以及物相鑒定,綜合分析所有的實驗數(shù)據(jù),共測到了Mg、Mg
Sn、τ
、τ
、Pr
Sn及Pr
Sn
等六個初晶相區(qū),繪制出如圖2所示的Mg-Sn-Pr三元系富Mg端液相面投影圖。
RFID防偽平臺負責對商品上的RFID電子標簽進行防偽溯源信息(生產(chǎn)日期、物流信息等)的寫入并上傳至溯源信息管理平臺。為了實現(xiàn)溯源這項功能, 采集成功的RFID標簽數(shù)據(jù)還需要進行相應(yīng)的處理和數(shù)據(jù)存儲。防偽平臺的硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示:
綜上所述,通過SEM-EDS和XRD實驗方法,并對實驗數(shù)據(jù)進行了分析,最終獲得了Mg-Sn-Pr三元系富Mg端液相面投影圖。該圖可以為Mg-Sn-Pr三元系的相圖熱力學(xué)優(yōu)化提供有力的支持。
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