Design of Novel Non-Flammable Magnesium Materials and Their Comprehensive Characterisation

Abstract

This work focuses on the design of novel magnesium alloys for potential use in the aerospace industry and their comprehensive characterisation. Often referred to as high- temperature-resistant magnesium alloys, such materials must meet several criteria for aerospace applications, including adequate mechanical properties, acceptable cost, and high ignition resistance. Based on these requirements, four novel magnesium alloys were designed: Mg-4Ca- 1Y, Mg-4Ca-1Y-1Al, Mg-4Ca-1Y-1Zn, and Mg-4Ca-1Y-1Al-1Zn (all in wt.%), which were processed by equal channel angular pressing (ECAP) and extrusion. Their microstruc- ture, mechanical properties, and ignition resistance were subsequently analysed in detail. Additionally, the oxidation behaviour of the Mg-Ca-Y system was investigated, including modelling of Ellingham diagrams using Thermo-Calc software. As expected, ECAP processing resulted in significant microstructure refinement, with a final grain size ranging from 0.6 µm to 1.6 µm depending on the chemical composition. However, this method failed to fragment and redistribute the dominant Mg2Ca phase, resulting in a limited contribution from precipitation strengthening. Consequently, and due to other unfavourable microstructural features, the ECAP-processed alloys exhibited inferior mechanical properties compared...

Tato práce se zaměřuje na návrh nových hořčíkových slitin pro potenciální použití v leteckém průmyslu a jejich komplexní charakterizaci. Tyto slitiny, často označované jako hořčíkové slitiny s vysokou teplotní odolností, musí pro své využití splňovat několik klíčových požadavků, jako jsou vhodné mechanické vlastnosti, přijatelná cena a vysoká odolnost proti vznícení. Na základě těchto kritérií byly navrženy čtyři nové slitiny: Mg-4Ca-1Y, Mg-4Ca-1Y- 1Al, Mg-4Ca-1Y-1Zn a Mg-4Ca-1Y-1Al-1Zn (vše v hmotnostních %), které byly zpraco- vány metodou intenzivní plastické deformace equal channel angular pressing (ECAP) a extruzí. Následně byla analyzována jejich mikrostruktura, mechanické vlastnosti a odol- nost proti vznícení. Nad rámec této analýzy bylo detailně zkoumáno také oxidační cho- vání systému Mg-Ca-Y, včetně modelování Ellinghamových diagramů pomocí softwaru Thermo-Calc. Zpracování metodou ECAP vedlo dle očekávání k výraznému zjemnění mikrostruk- tury, přičemž výsledná velikost zrna se pohybovala od 0,6 µm do 1,6 µm v závislosti na chemickém složení slitin. Nicméně tato metoda selhala ve fragmentaci a redistribuci do- minantní fáze Mg2Ca, což vedlo k nízkému přínosu precipitačního zpevnění. Výsledkem těchto a dalších nežádoucích mikrostrukturních parametrů byly mechanické vlastnosti slitin zpracovaných...