Mg-Zn-Mn体系中富镁区域的相平衡的实验研究及热力学建模

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Experimental study and thermodynamic modeling of the phase equilibria in the Mg-rich corner of Mg-Zn-Mn system

Mg-Zn-Mn合金在Mg富集区300-400°C通过EPMA、XRD、TEM和DSC研究，确认了α-Mg+MgZn2+α-Mn及液相+α-Mg+MgZn2三相平衡，发现Mn在MgZn2中形成最高15.1at%的三元固溶体，CALPHAD建模验证了热力学数据库自洽性并指导合金设计。

　　

摘要

Mg-Zn-Mn合金具有成本低、机械性能优异和耐腐蚀性高的优点。为了明确Mg-Zn-Mn合金在富Mg区域中的相平衡关系，本研究采用电子探针显微分析仪（EPMA）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和差示扫描量热仪（DSC）等实验手段，在300-400°C范围内系统研究了该合金在富Mg区域的相平衡情况。实验发现，Mn原子能够溶解到MgZn₂中形成三元固溶体化合物，在400°C时Mn的最大含量可达15.1at%。在400°C条件下，证实了α-Mg + MgZn₂ + α-Mn和液态 + α-Mg + MgZn₂的三相平衡存在。随后，基于本研究的实验数据及文献资料，利用CALPHAD方法对Mg-Zn-Mn体系进行了热力学建模。计算得到的反应 Liquid + α-Mn → α-Mg + MgZn₂ 在430°C时的结果与DSC实验结果吻合良好。此外，凝固路径计算的结果能够很好地解释铸态和退火态合金的微观结构。计算结果与实验数据的一致性证明了热力学数据库的自洽性，为Mg-Zn-Mn合金的成分设计提供了参考依据。

Mg-Zn-Mn合金具有低成本、优异的机械性能和高耐腐蚀性等优势。为了明确Mg-Zn-Mn合金在富Mg区域中的相平衡关系，本研究采用电子探针显微分析仪（EPMA）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和差示扫描量热仪（DSC）等实验方法，在300-400°C范围内系统研究了该合金在富Mg区域的相平衡情况。实验发现，Mn原子能够溶解到MgZn₂中形成三元固溶体化合物，在400°C时Mn的最大含量可达15.1at%。在400°C条件下，证实了α-Mg + MgZn₂ + α-Mn和液态 + α-Mg + MgZn₂的三相平衡存在。随后，基于本研究的实验数据及文献资料，利用CALPHAD方法对Mg-Zn-Mn体系进行了热力学建模。计算得到的反应 Liquid + α-Mn → α-Mg + MgZn₂ 在430°C时的结果与DSC实验结果吻合良好。此外，凝固路径计算的结果能够很好地解释铸态和退火态合金的微观结构。计算结果与实验数据的一致性证明了热力学数据库的自洽性，为Mg-Zn-Mn合金的成分设计提供了参考依据。