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摘要
随着稀土镁合金商业化应用的增加，利用高丰度稀土元素制备更低成本、更高性能的镁合金具有显著优势，但稀土元素的添加完全改变了基体镁合金的合金化顺序，因此，深入研究Ce元素对镁合金的强化机理很有必要。本工作通过第一性原理计算可能存在的Mg-Ce、Al-Ce、Mg-Al强化相的热力学稳定性，采用SEM、XRD、EDS等实验手段分析所制备镁合金样品的物相组成，进而验证第一性原理计算结果，并推导关键稀土中间相的组成及析出顺序。接着，基于错配度理论探讨优先析出的第二相能否成为初生α-Mg的形核核心，揭示Ce元素对镁合金的变质机理；然后以温度为维度，借助Al-Ce、Mg-Al二元相图和Al-Ce-Mn三元相图将不同温度阶段的合金化反应与电负性理论相关联，从而简化多元合金体系中的复杂合金化问题，最终阐明Ce元素对镁合金强化作用机理。研究结果表明，Ce元素添加后将形成大量沿晶界或贯穿晶粒分布的针状或棒状Al11Ce3和Al10Ce2Mn7相，但优先析出的Al11Ce3、Al10Ce2Mn7相并不能作为初生α-Mg的形核核心，晶粒细化机制为晶界位置的第二相阻碍晶粒长大；拉伸实验结果表明，通过调节Ce元素的添加量形成适量Al-Ce相与Mg-Al相混合的结构有利于提高镁合金室温、高温力学性能。
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