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近日，華南理工大學教授杜軍等人提出利用MgAl2O4尖晶石型氧化夾雜粉末孕育細化Mg-Al系鎂合金。研究結果表明，外加MgAl2O4粉末孕育可以實現(xiàn)Mg-Al系合金的a-Mg晶粒細化。經MgAl2O4孕育處理后，Mg-3Al晶粒尺寸從535μm顯著下降至120μm。同時，孕育細化后的Mg-3Al合金力學性能得到提升。結果表明，MgAl2O4顆粒是有效的a-Mg晶粒形核基底。這項工作創(chuàng)新性地提出一種利用MgAl2O4氧化夾雜顆粒孕育細化鎂合金的方法，對于利用氧化夾雜調控細化鎂合金具有重要啟發(fā)意義和參考價值。

本次實驗探究了MgAl2O4粉末添加量對Mg-3Al合金晶粒尺寸的影響，相比未處理Mg-3Al合金，經過MgAl2O4粉末孕育處理后的Mg-3Al合金晶粒發(fā)生顯著細化。添加2.0wt.%的MgAl2O4粉末孕育，Mg-3Al合金獲得最小平均晶粒尺寸（120μm）。經過MgAl2O4粉末孕育細化，Mg-3Al合金力學性能得到提升。

此外，實驗還研究了不同保溫時間對MgAl2O4粉末孕育Mg-3Al合金晶粒尺寸的影響，相比于未孕育處理Mg-3Al合金，添加MgAl2O4孕育2分鐘即可獲得顯著的晶粒細化效果，當MgAl2O4孕育熔體時間超過10 分鐘后，出現(xiàn)輕微的孕育衰退現(xiàn)象。

研究人員還就Al元素含量對MgAl2O4粉末孕育Mg-Al系合金晶粒尺寸的影響進行研究，結果表明，MgAl2O4粉末孕育對于純Mg具有一定的細化效果，而Al溶質元素對MgAl2O4粉末孕育細化率有顯著影響。隨著Al含量從1wt.%增加至3wt.%，晶粒細化效率從47%上升至78%，這是由于隨著Al溶質元素的增加，凝固過程成分過冷增加，更多的有效異質形核顆粒被激活成核，晶粒細化效率增加。隨著Al含量增加至5wt.%和8wt.%，晶粒細化效率呈下降趨勢，細化效率與溶質元素含量之間存在關聯(lián)。

基于邊對邊匹配（E2EM）模型和SEM觀測分析和討論了MgAl2O4孕育Mg-Al合金的細化機制，結果表明，MgAl2O4與a-Mg具有較低的錯配度。MgAl2O4是潛在的a-Mg晶粒有效形核核心。外加MgAl2O4顆粒在Mg-Al合金中穩(wěn)定存在，位于晶粒中心的MgAl2O4顆粒是該晶粒的形核基底。MgAl2O4粉末孕育細化Mg-Al合金歸因于MgAl2O4顆粒作為有效的形核基底，誘發(fā)異質形核。

綜上所述，利用MgAl2O4尖晶石型氧化夾雜粉末孕育處理Mg-Al熔體，發(fā)現(xiàn)外加MgAl2O4粉末可以實現(xiàn)Mg-Al系合金晶粒細化，同時實現(xiàn)力學性能提升。MgAl2O4與a-Mg錯配度較低，具有較高的異質形核a-Mg能力。確定了MgAl2O4孕育細化Mg-Al系合金機制為：MgAl2O4顆粒作為有效的a-Mg晶粒形核基底，誘發(fā)異質形核。獲得了一種利用MgAl2O4氧化夾雜顆粒孕育細化鎂合金的方法，可推動氧化夾雜有益化利用，開發(fā)鎂合金氧化夾雜孕育細化技術。