Mg2Si/Al复合材料的组织和力学性能研究

采用半固态挤压法制备了原位自生的Mg2Si颗粒增强铝基复合材料,研究了它们的组织,同时研究了挤压比压对力学性能的影响。结果表明,当其它制备条件相同时,在255、340和425 MPa条件下制备的半固态挤压Mg2Si/Al复合材料中的α-Al基体和Mg2Si增强相皆出现球化,但与重力铸造复合材料相比,Mg2Si增强相的颗粒尺寸没有明显变化。拉伸测试结果表明,在255 MPa、340 MPa和425 MPa条件下获得的半固态挤压Mg2Si/Al复合材料具有优于重力铸造复合材料的力学性能,其抗拉强度和伸长率分别提高71.88%、53.13%、43.75%和378%、139%、106%。在255 MPa挤压比压下制备的复合材料表现出最优的抗拉强度及伸长率。

铝合金中Mg2Si相的时效析出过程

描述了Al-Mg-Si/Al-Si-Mg系合金时效析出的一般序列为α-sss→GP区→β″→β′→β(Mg2Si),总结了在析出序列中可能出现的各亚稳相的晶体结构模型,讨论了各阶段析出相的形成或转变过程及其强化作用;并就过量的Si、Cu、大塑性变形等对析出相的影响作了探讨。

超声处理对Mg-9Al-xSi(x=1,6)合金不同形貌Mg2Si相形成机制的影响

为了探讨超声处理对不同形貌Mg_2Si相形成机制的影响,本文采用超声辅助原位自生的方法成功制备了以Mg_2Si为增强相的镁合金材料。利用XRD、OM、SEM等分析测试手段,研究了超声处理对Mg_2Si微观形貌、大小及分布的影响。结果表明:经超声处理后,Mg-9Al-1Si合金中共晶Mg_2Si相由粗大汉字状变成短棒状、条状,团聚现象得到改善,分布更加均匀,使其抗拉强度和伸长率显著提高,分别由93 MPa和4.9%提升到172 MPa和12.3%;Mg-9Al-6Si合金中初生Mg_2Si相大量减少,由粗大多角状变成小块状或颗粒状,且内部无空洞、棱角趋于圆化,汉字状Mg_2Si相大量增加,使其抗拉强度和伸长率分别达到108 MPa和3.2%。这主要由于声空化产生的瞬态高温、高压及声流效应对合金液中元素及温度分布产生影响,使得凝固过程改变所致。

Sc对亚共晶Al-11Mg2Si合金组织与力学性能的影响

通过XRD分析、金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察及拉伸力学性能测试等手段,研究了添加稀土元素Sc对亚共晶Al-11Mg2Si合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:在Al-11Mg2Si合金中添加适量的Sc对初生α-Al和共晶Mg2Si相同时起到良好的细化和变质作用。α-Al晶体由粗大的树枝晶转变为细小的球状晶,其平均尺寸由67.72μm减小至最小14.28μm;共晶Mg2Si由粗大的片层状转变为细小的纤维状和颗粒状,其平均尺寸由12.37μm减小至最小1.80μm。经0.25%Sc处理后,合金的抗拉强度、伸长率和硬度分别由未细化、变质的269 MPa、5.2%和35HRB提高到334 MPa、9.4%和53 HRB,分别提高了24.2%、80.8%和51.4%。含0.25%Sc合金断口中大量形成韧窝,其断裂模式从脆性转变为韧性。

Ce、Y、Sb对Mg-9Al-6Si合金中Mg2Si相形貌的影响

细化镁合金中的硅化镁(Mg2Si)相,并使其均匀弥散可有效改善合金力学性能。考查Ce、Y和Sb变质对铸态Mg-9Al-6Si镁合金(质量百分比)中Mg2Si相组织形貌及其尺寸的影响。结果表明,经过变质后,合金中的Mg2Si相由粗大树枝状变为小块状和枝晶状,且分布趋于均匀。Mg2Si枝晶的一次,二次轴长及枝晶间距都减小。Ce对Mg2Si相的细化效果最好,组织中块状Mg2Si相小而多。Mg2Si相的生长前沿的Ce、Y和Sb和它们的化合物,如Al11Ce3、Al2Y和Mg3Sb2相,有效地抑制了Mg2Si的异向生长,阻碍其长大,因此导致Mg2Si相细化。

镁含量对过共晶铝硅合金自生复合Mg2Si组织形貌的影响

采用ZEISS Axioskop2光学显微镜对过共晶Al-Si合金自生Mg2Si增强相组织形貌进行了分析。结果表明,Mg含量为10%时,Mg2Si增强相的组织形貌多为不规则大尺寸的块状;Mg含量为8%时,Mg2Si增强相初生Mg2Si的生成量有些减少,并由不规则大尺寸的块状向汉字状或纤维状开始转变;Mg含量为6%时,其组织形貌呈较完整网络状组织,共晶Mg2Si组织形貌有的呈完整发达的汉字状、树枝状。

变质元素对Mg/Mg2Si复合材料中Mg2Si相影响的研究进展

Mg2Si相作为一种具有良好性能的二元合金相,被广泛地应用在多种有色合金以及复合材料中作为增强相。采用不同的元素得到了不同的变质效果,通过变质元素细化Mg2Si相,以提高合金的性能。研究了不同元素对Mg/Mg2Si复合材料中的Mg2Si相的复合变质作用。综述了Mg2Si相的性质,重点介绍了铸造镁合金中添加变质元素对Mg2Si相形貌的影响以及变质机理,总结了当前研究阶段存在的不足,并提出了进一步研究方向。

锂掺杂对P型Mg2Si0.6Sn0.4热电性能的影响

采用感应熔炼和真空热压法制备了掺Li的Mg2-xLixSi0.6Sn0.4（X=O，0．03，0．07，0．15，0．3）热电材料,电导率、Seebeck系数及热导率的测量表明，Li在Mg2-xLixSi0.6Sn0.4中起到受主作用，当x=0．07时Li掺杂Mg2-xLixSi0.6Sn0.4具有最好的性能，其功率因子和ZT值的最大值分别在480和600K时达到0.55×10^-3W／（m．K^-2）和0.16。

稀土La掺杂Mg2Si的几何结构、弹性性能和电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势方法对稀土元素镧(La)掺杂Mg2Si的几何结构、弹性性能和电子结构进行计算与分析。首先,结合形成焓、Born力学稳定性以及差分电荷密度的结果可知,掺杂稀土元素La之后,形成的Mg8Si4La和Mg8Si3La均不能稳定存在,La掺杂的Mg2Si优先占据体系Mg原子的位置;其次,晶体的体模量(B),剪切模量(G),杨氏模量(E),泊松比(ν),以及各向异性系数(A)的计算结果表明本征Mg2Si为脆性相,而Mg7Si4La为韧性相,掺杂La可以提高Mg2Si的延展性;最后,态密度、Mulliken布居数和电荷差分密度的计算结果表明掺杂稀土镧后费米面向高能级区域偏离,进入导带,提高了Mg2Si的导电性。

电子束蒸发方法研究Mg2Si的薄膜及其光学带隙

Mg_2Si材料作为一种新型环境友好半导体材料,其薄膜制备方法及其光学性质的研究对其应用研发起到基础性作用.采用电子束蒸发方法在Si(111)衬底上沉积Mg膜,在氩气环境下进行热处理以制备Mg_2Si半导体薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、分光光度计对制备的Mg_2Si薄膜进行表征.在氩气环境、温度500℃、压强200 Pa下,研究热处理时间(时间3-7 h)对Mg_2Si薄膜形成的影响.XRD和SEM结果表明:通过电子束蒸发沉积方法在500℃、热处理时间为3~7 h能够得到Mg_2Si薄膜.热处理温度是500时,最佳热处理时间是4 h,得到致密度好的薄膜.通过对薄膜的红外透射谱测试,得到了Mg_2Si薄膜的光学带隙,其间接光学带隙值为0.9433 eV,直接光学带隙值为1.1580 eV.实验数据为Mg_2Si薄膜的研发在制备工艺和光学性质方面提供参考.

Mg2Si基热电材料的性能优化研究及其进展

Mg_2Si基半导体是重要的中温热电材料,具有原料丰富、价格低、无毒等优点;其载流子有效质量和迁移率均较高,有望获得优异的电性能,近年来倍受关注。该文综述了Mg_2Si基材料的研究进展,重点探讨了提高其热电性能的措施,对比了不同制备方法的优缺点,最后指出了今后的研究方向。分析表明,目前研究主要集中在n型体系,应加强对p型材料的性能优化探索。掺杂对提高热电性能的效果更显著,通过制备工艺的优化,将掺杂和纳米化两种措施结合,可进一步有效优化。

离心铸造原位Mg2Si/Al梯度复合材料的组织和耐磨性

采用离心铸造法制备了原位Mg2Si/Al梯度复合材料,研究了初生相Mg2Si的梯度分布,研究了离心转速和磷变质对Mg2Si/Al梯度复合材料组织的影响及作用机理。结果表明,经过离心铸造,原位Mg2Si/Al梯度复合材料的Mg2Si增强相具有明显的U型梯度分布。离心转速越高,梯度分布越明显,相应层Mg2Si尺寸减小或碎化明显,最内层的初生Mg2Si的体积分数随之增加。磷变质的复合材料中,Mg2Si增强相呈现为细小块状,同时发现磷变质后,中间层的宽度由230μm增加到900μm左右。干滑动磨损实验发现,Mg2Si/Al梯度复合材料比HT200具有更优的耐磨性。

原位自生Mg2Si／Al基复合材料的制备及其生长机制探讨

采用ZEISS Axioskop2光学显微镜研究手段,对自生Mg2Si增强Al-20%Si合金的显微组织进行了分析。试验结果表明:Mg含量为8%时,Mg2Si增强相的显微组织多为不规则大尺寸的块状;Mg含量为6%时,Mg2Si增强相初生Mg2Si的生成量有些减少,并由不规则大尺寸的块状向汉字状或纤维状开始转变;Mg含量为4%时,Mg2Si显微组织呈完整发达的汉字状、树枝状,即获得了原位自生Mg2Si增强Al-20%Si合金复合材料的理想组织。最后探讨了Mg2Si相的生长机制。

浇注温度对Mg2Si增强过共晶Al-Si合金组织与性能的影响

采用液态熔融法制备Mg2Si增强过共晶AlSi合金自生复合材料,研究了浇注温度、稀土(Pr)变质处理对铸造显微组织与性能的影响。结果表明,在液相线附近,浇注温度为720℃时,晶粒均匀细小;Pr变质剂对初生硅及共晶组织均有明显的细化效果,并细化Mg2Si、改变其形貌与尺寸,可显著提高合金的力学性能。

Cr变质对汽车驱动轴用Mg2Si/Al-Fe基复合材料组织和性能的影响

以Al-Fe合金为原材料,通过Mg-Si熔体直接反应制备Mg_2Si/Al-Fe基复合材料,研究Cr变质对复合材料组织中初始Mg2Si和富Fe相变质行为,以及拉伸性能和耐磨性的影响。结果表明：组织中生成了树枝晶Mg2Si相,针形相,以及共晶Si相与α（Al）相。通过Cr变质处理后,针形的β-Fe相转变为了骨骼形的α-Fe相,并且初生的Mg2Si相外形也变得更加规则,初生Mg2Si相尺寸减小31%。Cr变质处理后,复合材料的拉伸强度增加幅度达到14.8%,磨损性能增强了1.5倍,伸长率增加了50%。采用Cr变质处理后,试样拉伸断口部位生成了部分韧窝结构,出现了塑性断裂特征。

Sb变质对原位Mg2Si/AZ91复合材料组织的影响

Mg2Si颗粒增强镁基复合材料中Mg2Si是粗大的长条状,严重降低其力学性能。加入微量Sb元素可细化Mg2Si增强相,但是Sb在Mg2Si/AZ91复合材料中的细化机理尚不明确。为此,采用原位铸造的方法研究了不同Sb含量对Mg2Si/AZ91复合材料微观组织的影响。通过光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪观测了不同Sb含量的Mg2Si/AZ91复合材料中Mg2Si的尺寸和形貌,并探究Sb元素细化Mg2Si的机理。采用Image-Pro Plus软件统计了Mg2Si颗粒的平均尺寸以及形状因子的变化。实验结果表明:添加Sb后基体中汉字状的共晶Mg2Si消失,且初生Mg2Si的平均尺寸不断降低,当Sb的质量分数为2%时,初生Mg2Si颗粒尺寸细化至13.8μm(降低80.1%),分布更均匀;随着Sb含量增加,Mg2Si形状因子越来越趋向于1,形貌由粗大的树突状、长条状转变成细小的多边形;在凝固过程中,Sb富集在Mg2Si固液生长界面前沿,降低了初生Mg2Si的实际析出温度和Mg2Si与熔体的界面张力,提高了过冷度,增大了Mg2Si的形核率。同时,富集在Mg2Si表面的Sb毒化了Mg2Si的生长步骤,Mg2Si各向同性生长,形貌得到改善。

Mg2Si金属间化合物研究概述

综述了目前Mg2Si金属间化合物的研究进展情况。总结了Mg2Si金属间化合物研究的发展和应用状况。着重阐述了Mg2Si金属间化合物及其合金材料的制备工艺，以及改善组织、提高性能的方法。最后提出了针对我国Mg2Si金属间化合物研究发展方向的几点建议。

Mg2Si／Si异质结的制备

采用射频磁控溅射和低真空退火方法制备Mg2Si／Si异质结，首先在n型Si（111）衬底上沉积Mg膜，经低真空退火形成Mg2Si／Si异质结，Mg膜厚度约为484nm，退火后形成的Mg2Si薄膜厚度约400nto，利用xRD和sEM分别研究了Mg2Si薄膜的晶体结构和表面形貌，霍尔效应结果表明，制备的Mg2Si薄膜呈现n型导电特性。

多道次闭式模锻对Mg2Si/AZ31复合材料微观组织和性能的影响

采用常规铸造方法制备了Mg2Si/AZ31复合材料,然后在400℃进行5道次闭式模锻加工,研究复合材料的微观组织、拉伸力学性能和耐磨性能。结果表明:模锻过程中基体施加的剪切应力将树枝状和汉字状的Mg2Si相破碎成细小颗粒,随着模锻道次的增加,复合材料晶粒尺寸逐渐细化,Mg2Si颗粒分布更加均匀,同时强度、塑性和耐磨性显著提高,模锻5道次后,复合材料的抗拉强度、伸长率从铸态的98 N/mm2、3.3%分别提高到175 N/mm2、18.2%。

环境友好半导体Mg2Si薄膜的研究进展

介绍了近年来Mg2Si薄膜的研究进展。从Mg2Si材料的晶体结构出发,重点对Mg2Si薄膜的基本性质、制备方法和应用前景进行了论述。研究表明,Mg2Si是一种窄带隙间接半导体材料,在光电和热电领域都具有较好的应用价值,因其兼具了组成元素地层含量丰富、无毒、无污染等优点,被视为是一种新型的环境友好半导体材料。在Mg2Si薄膜的外延生长技术方面,目前比较成熟的方法有分子束外延、脉冲激光沉积、反应扩散等多种,但普遍存在制备条件较苛刻,成膜质量不高等缺点。最后,对目前存在的问题及未来的研究动向做了简要讨论。