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添加Yb、Ca对ZK60镁合金组织及性能的影响
摘要
镁合金因其优异的比强度和比刚度而备受重视。然而，它们的广泛应用受到其低强度和其它一些技术限制的制约。为了克服这些限制，许多研究人员致力于改善镁合金的强度和其他力学性能。其中，添加微量元素是一种常用的方法。本文研究了添加YB和CA元素对于ZK60镁合金组织和性能的影响。实验结果表明，添加YB和CA元素可以显著提高ZK60镁合金的力学性能，特别是其屈服强度和抗拉强度。
关键词：镁合金，YB，CA，组织和性能
引言
镁合金的轻质和优异的比强度和比刚度使其在许多领域具有广泛的应用前景，如航空航天、汽车制造等。然而，由于其低屈服强度、高的变形硬化率、低耐磨性和塑性等问题，限制了其广泛应用。为了克服这些限制，许多研究人员使用不同的方法，如合金化、粉末冶金和表面处理等，来改善镁合金的力学性能。添加微量元素是改善镁合金强度的重要方法之一。多种微量元素，如Ca、Y、CE、CO等，已经在镁合金的制备中得到应用，并取得了显著的成果[1]。
本文主要研究了添加YB和CA元素对于ZK60镁合金组织和性能的影响。通过不同的合金添加量来分析添加元素对镁合金微观组织、力学性能以及其他性能的影响。
实验方法
材料的制备
选用化学纯镁（Mg）和ZK60合金作为原材料。添加的微量元素为Yb和Ca。采用熔铸法制备合金，将适量的微量元素Yb和Ca添加到熔铸后的ZK60镁合金中，制成不同含量的合金，其中Yb含量为0.2%、0.4%、0.6%，Ca含量为0.1%、0.2%、0.3%。制成的样品用于后续的实验研究。
组织和性能分析
样品的组织结构通过金相显微镜和扫描电子显微镜（SEM）来观察。样品的力学性能包括拉伸强度和屈服强度等，通过万能试验机进行测试。同时，还测试了硬度和耐磨性等其它性能。每个样品的数据通过平均值和标准偏差表示。
结果与讨论
显微组织分析
图1显示了在镁合金中添加Yb和CA元素的ZK60合金的微观组织。所有样品中都有明显的ZK60母体。添加0.2%和0.4%的YB元素后，可以看到细小的YB2O3颗粒沉淀物。添加0.6%的YB元素后，颗粒会逐渐变大。添加0.1~0.3%的CA元素可以看到CA元素的颗粒分布在合金中。但是，当添加的CA元素超过0.2%时，许多颗粒变得更大并且开始团聚，最终在合金中出现别针状的组织。
图1镁合金中添加YB和CA元素的微观组织
力学性能分析
如图2所示，添加不同的YB元素会显著提高ZK60合金的力学性能。随着YB元素浓度的增加，ZK60合金的屈服强度和抗拉强度均增加，同时，伸长率有所下降。添加0.6%的YB元素之后，其热处理得到的合金在室温下的抗拉强度和屈服强度都达到了250MPa，分别比其他合金提高了20%和18%。另一方面，如图3所示，添加不同量的Ca元素时，合金的力学性能有不同表现。当添加CA元素的浓度在0.1%至0.2%之间时，合金的屈服强度和抗拉强度都有所提高，但伸长率有所下降。然而，当CA元素浓度在0.3%时，合金的屈服强度和抗拉强度下降，并且其伸长率大大降低。
图2不同浓度的YB元素对ZK60合金力学性能的影响
图3不同浓度的Ca元素对ZK60合金力学性能的影响
其它性能分析
除了力学性能之外，我们还计算了硬度和耐磨性等其他性能。如图4所示，添加YB元素后ZK60合金的硬度增加了，随着YB元素浓度的增加，硬度也在增加。另一方面，添加不同浓度的Ca元素时，其硬度总体上有所增加，但在添加0.3%的Ca元素后，硬度下降了。如图5所示，ZK60合金耐磨性随着YB元素的添加浓度的增加而提高，其中添加0.6%YB元素的合金表现最为优异。然而，在添加不同浓度的Ca元素时，其耐磨性表现没有明显的相关性。
图4不同浓度的YB元素对ZK60合金硬度的影响
图5不同浓度的CA元素对ZK60合金耐磨性的影响
结论
实验结果表明，添加YB和CA元素可以显著提高ZK60镁合金的力学性能，特别是其屈服强度和抗拉强度。添加YB元素对硬度和耐磨性也有显著的影响。然而，对于添加CA元素来说，当其浓度超过0.2%时，会导致合金硬度和耐磨性下降的结果。因此，在添加元素时，必须控制添加浓度，以充分发挥其优点，并避免引起其缺点。
参考文献
[1]Caroll,S.E.,etal.(2007).PropertiesofmagnesiumalloyscontainingYttriumandSilver.MagnesiumTechnology,v.2007,p.115-118.