1 试验材料及方法
试验材料配制利用99.99%的高纯镁锭、99.8%的纯锌粒及锆粉（大于99.00%分析纯） 进行，配制合金的名义成分为Zn含量为5%，Zr含量分别为0、0.3%、0.6%、0.9%，余量为Mg。
合金使用5 kW的井式电阻炉熔炼，不锈钢坩埚涂刷BN （氮化硼） 涂料，利用RJ-5溶剂保护。将预热至150 ℃以上的镁锭升温融化，当达到720～740 ℃时，加入锌粒，待炉料全部熔化后搅拌3～5 min，使成分均匀；升温到780 ℃，保温15 min；降温至740 ℃时进行扒渣，在此温度下浇入圆柱形金属型中，制成坯料，在距坯料两端10 mm处截取试样。试样经预磨、粗抛、精抛等工序处理，最后用醋酸-蒸馏水溶液腐蚀Mg-Zn合金试样。试样用ZEISS金相显微镜分析显微组织，采用QUANTA400型环境扫描电子显微镜进行微观观察分析。在力学试验中，将试样加工成规定光洁度的标准拉伸试样，试样为Ф20 mm×180 mm，采用10倍标距圆试样，即l0=10d0，如图1所示，d0=10 mm，l0=100mm，lc=120 mm，ls=140 mm，L=180 mm。
2 结果及分析
2.1 Zr变质处理镁锌合金的金相组织分析
为了研究Zr变质处理对镁锌合金的影响，将镁锌合金熔化后升温至760~780 ℃，将变质剂置于预热的钟形罩中，并将其压入合金液的1/3~1/2深处，平稳水平移动，直至变质剂溶解完毕。变质处理时间大于5min，搅拌均匀后保温10 min，并将温度降至740~760℃进行浇注，以此制备出不同含Zr量的试样，对其进行分组观测分析。观察试样共分四组，Zr加入量的质量分数分别为0、0.3%、0.6%、0.9%。金相组织观察结果如图2所示。
由图2的观察结果可知，Zr对镁锌合金金相组织起到了较为明显细化的作用。从图2的组织对比中可以发现，当Zr加入量为0.6%时，Zr对晶粒产生了最佳的细化效果，平均粒径约为42 μm。
由Mg-Zr系二元相图3可以推断出，由于镁金属液中Zr溶解度较小，当发生包晶反应情况下仅能够溶解质量百分比为0.6%左右的Zr，且在包晶反应过程中Mg与Zr不会发生反应形成化合物。对产生最佳细化效果的组织晶界及晶核进行能谱扫描，如图4所示，金属Zr富含于镁锌合金晶体中。当降温凝固发生时，α（Mg）首先将以α-Zr质点形式析出的Zr从外部包裹，进而形成包晶组织。又由于Mg和α-Zr均为六方晶型，且α-Zr质点具有的晶格常数为a=0.323×10-9m、c=0.514×10-9m，而Mg的晶格常数为a＝0.320×10-9 m、c＝0.520×10-9 m，两者较为接近，因此与晶粒形核的“尺寸结构相匹配”原则相符合[4-5]，α-Zr成为α（Mg） 的结晶核心，细化了镁锌合金晶粒。在加入Zr加入量大约0.6%时，镁锌合金液中形成的大量α-Zr弥散质点，对晶粒起到了显著的细化效果。由相图可知，当在温度接近900 ℃时所能容纳的Zr含量仅为0.7%左右，因此当Zr含量继续增大时细化效果逐渐降低。除此之外，在上述过程中由于溶于基体中的Zr对金相组织起到了一定的强化作用，所以在一定范围内，其力学性能会随其增大而提高。
2.2 力学性能测试与断口分析
2.2.1 硬度测试
金属的硬度是金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形，压痕或划痕的能力，是衡量金属材料软硬程度的一种指标[6]。采用了HR-150A洛氏硬度计对其测试，并将洛氏硬度转化成布氏硬度进行记录，测试结果如图5所示。由图5可见，经过金属锆变质细化后的镁锌合金硬度均有所提高，且Zr加入量为6%的一组提高最为显著。
2.2.2 拉伸试验
选择Zr加入量为0.6%变质处理的镁锌合金试样进行拉伸试验，并与未经Zr变质处理的力学性能进行比较。在拉伸前， 试样圆弧需较好地打磨， 用WAW-Y500试验测试机在室温下进行试样拉伸性能测试，其拉伸速率为2 mm/min。试验结果和对比如表1所示。
2.2.3 拉伸断口分析
将经金属Zr变质细化处理最佳镁合金试样与不加金属Zr的试样进行断口扫描对比，如图6所示。从扫描全貌宏观角度观察，镁锌合金试样断口均成纤维状，属于脆性断裂；从断口局部扫描观察看，加入金属Zr细化晶粒后的试样，相对不加金属Zr的试样组织变得更加均匀，断口表面高低差较小且组织更为紧密。由于晶面和晶界内聚力的不同会造成解理断裂和沿晶断裂的两种断裂方式，若晶界内聚力高，则会引起沿晶断裂反之则引起解理断裂。从断口局部扫描可以看出，不经过Zr处理的试样断口断面出现不同位相剪切小平台，经过Zr处理过后出现较多浅韧窝，因此性能得到了一定提高和改善。
3 结论
一定量的金属Zr会对镁锌合金起到较为明显的晶粒细化效果。当Zr加入量为0.6%时，对于镁锌合金的晶粒细化效果最佳，平均晶粒尺寸从146 μm细化到42μm。力学性能测试中发现，经Zr细化最佳的相对未经Zr处理的抗拉强度由148.7 MPa提高到了169.8 MPa且断口组织更为细密均匀，使镁锌合金力学性能得到一定的改善和提高。
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