TiB_(2)/Mg-4Al-xSi镁基复合材料的耐磨性能研究

细化Mg_(2)Si相是提高Mg-Al-Si合金强度和韧性的重要措施,以TiB_(2)纳米颗粒作为Mg_(2)Si的异质形核剂,采用半固态搅拌结合熔体超声处理法将TiB_(2)纳米颗粒加入Mg-4Al-x Si(x=0.5,1.0,1.5,2.0)(质量分数,下同)合金熔体中,制备出TiB_(2)与Mg_(2)Si混杂增强镁基复合材料。利用光学显微镜和扫描电镜观察了复合材料中Mg_(2)Si相的形貌和尺寸,采用图像分析软件Image-J统计分析了Mg_(2)Si相的体积分数,重点研究了不同Si含量复合材料的耐磨性能。结果表明,TiB_(2)纳米颗粒的加入显著细化了Mg-4Al-x Si(x=0.5,1.0,1.5,2.0)合金中的共晶Mg_(2)Si相和初生Mg2Si相,显著提高了合金的硬度和耐磨性。随着Si含量的增加,TiB_(2)/Mg-4Al-xSi(x=0.5,1.0,1.5,2.0)复合材料的耐磨性能先升高后降低,当Si含量为1.5%时耐磨性能最佳。

SiC_(f)/SiC复合材料表面Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层1350℃抗热冲击和抗热冲刷性能研究

为了研究Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层在1350℃条件下的抗热冲击和抗热冲刷性能,首先在SiC_(f)/SiC复合材料上采用真空等离子喷涂技术制备了Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层,并采用金相、物相、SEM、EDS、燃气热冲击设备和燃气热冲刷设备对试样进行了结构及性能表征。结果表明:涂层与SiC_(f)/SiC复合材料的结合强度为25.01 MPa。经过1350℃燃气热冲击1000次,1350℃、550 m/s燃气热冲刷1 h后,Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层的表面物相均主要为Yb_(2)Si_(2)O_(7)、Yb_(2)SiO_(5)、Yb_(2)O_(3)和SiO_(2),抗热冲击和抗热冲刷2项性能测试结果均达设计要求。涂层结合强度很高,复合材料、Si层和Yb_(2)Si_(2)O_(7)层耐高温且热匹配性能较好,且面层的抗燃气腐蚀能力很强,是涂层热冲击、热冲刷性能良好的主要原因。燃气热冲刷的燃气燃烧时间比燃气热冲击的总时间短,且热冲刷为恒温连续冲刷,无冷热的剧烈交替变化,故燃气冲刷后涂层边缘处靠近工装装卡的地方未见明显开裂,且连续冲刷后的黑色烧蚀区域较燃气热冲击的面积小。

循环镦压制备Mg-4.1Mg_2Si复合材料的组织和力学性能

采用常规铸造方法制备了Mg-4.1Mg_2Si复合材料,并在400°C对复合材料进行1、2、3道次的循环镦压加工,研究循环镦压对其显微组织和力学性能的影响。结果表明,加工过程中基体施加的剪切应力使杆状Mg_2Si相破碎成小颗粒,分布更加均匀,复合材料的强度和塑性都获得提高;3道次后,复合材料的屈服强度和伸长率分别从铸态的69 N/mm^2和3.8%提高到84 N/mm^2和6.8%,室温拉伸断裂形式由解理脆性断裂转变为韧脆混合型断裂。

自生Mg_2Si颗粒增强Al基复合材料的组织细化

研究了Sr以及Ce Sr复合添加剂对Al/Mg2Si/Si自生复合材料凝固组织的影响规律。当Ce、Sr的加入量分别为1.0%和0.7%(质量分数)时,Mg2Si增强体以细小短棒状形态出现,其平均粒径为12μm,这比未经细化处理的Mg2Si增强体的平均粒径降低52%。同时,单位面积Mg2Si晶粒平均数量为未经细化处理时的4～6倍。单独加入Sr时,复合材料的组织细化则不如Ce Sr复合处理时的稳定。对相关机制的研究表明,上述细化元素对Mg、Si原子在合金熔体中扩散的不同程度的抑制是微观组织得以细化的根本原因。

Sb对原位Mg_2Si/Al-5Si复合材料显微组织的影响

研究了Sb含量对Mg2Si/Al-5Si复合材料显微组织的影响。结果表明,随着Sb含量的增加,初生Mg2Si颗粒形貌明显发生了细化,Mg2Si形态由变质前的汉字体和枝晶状变为细小的、均匀分布的颗粒状,Mg2Si体积分数也有所增加。当Sb含量为0·4%时,细化效果达到最佳,由变质前的52μm变为25μm。当Sb含量超过0·4%后,Mg2Si颗粒尺寸开始粗化,因此,过量的Sb对Mg2Si颗粒的细化无益。Sb对Mg2Si颗粒的细化主要由于AlSb引起的异质形核作用,Sb使液相线温度和熔体表面张力σLV降低,对Mg2Si颗粒的细化也具有一定的作用。

Si对原位自生Mg_2Si/AM60复合材料组织及性能的影响

采用原位合成技术制备Mg2Si/AM60复合材料,研究不同Si含量对其组织及性能的影响。结果表明:镁合金中加入结晶Si后,出现短棒状及中国汉字状的Mg2Si相;当Si含量较高时,中国汉字状的Mg2Si相消失,变成不规则的块状。制备过程中对复合材料进行机械搅拌,Mg2Si相的分布较未搅拌更加均匀、弥散。复合材料的抗拉强度、硬度随Si含量的增加呈上升趋势,延伸率则下降。当Si量为1.0%(质量分数,下同)时,强度较基体提高12%,含量为5%时,硬度较基体提高48.6%。

硅对Mg_2Si/ZM5复合材料组织和性能的影响

在真空感应炉中氩气保护下制备材料 ,采用OM ,SEM ,EDAX和XRD及拉伸试验 ,研究分析了硅对原位反应自生Mg2 Si/ZM5复合材料铸态显微组织和性能的影响规律。结果表明 ,反应添加物Si在ZM5合金中形成了高熔点、高硬度的Mg2 Si强化相 ,明显地提高了材料的室温与高温强度 ,如Si的质量分数为 1.5 %时 ,室温抗拉强度与屈服强度提高幅度分别可达 2 0 .1%和 61.5 % ,Si的质量分数为 1.0 %时 ,高温抗拉强度与屈服强度提高幅度分别可达 14 .9%和 2 5 .7% ;Mg2 Si相的形貌随着硅含量的不同而变化 ,如Si的质量分数为 0 .5 %时 ,主要生成细小短棒状或片状共晶Mg2 Si相 ,Si的质量分数大于1%时 ,则出现了粗大块状或汉字状初生Mg2 Si相和片状或短棒状的共晶Mg2 Si相 ;由于所生成的Mg2 Si相本身是一种脆性相 ,使得该材料呈现出解理断裂 ,降低了材料的塑性。

Si及变质处理对Mg_2Si/Mg复合材料的影响

分析了Mg-Si二元合金直接原位形成Mg2Si/Mg复合材料的过程,研究了Si含量以及变质处理对复合材料组织和性能的影响。试验结果表明,随着合金中Si含量的增加,合金的流动性降低,复合材料中原位Mg2Si的数量增多,树枝晶形态更为发达;对优化的Mg-8Si合金,进行混合稀土(MM)和Sb变质处理,可明显改善Mg2Si的形态和分布,但Sb变质的效果要好于MM。合金经质量分数为1.2%的Sb变质处理后,Mg2Si以颗粒状均匀分布在Mg基体中,从而使复合材料具有较好的耐磨性。

原位反应自生MgO/Mg_2Si增强镁基复合材料的热力学和动力学研究

对SiO2 与Mg反应的热力学分析计算 ,在Mg的熔化温度范围内 ,Mg与SiO2 反应生成MgO和Mg2 Si。通过真空感应炉中氩气保护 ,在纯Mg熔体中加入SiO2 原位反应自生MgO/Mg2 Si增强镁基复合材料 ,并采用XRD、OM、ESEM、EDAX等对反应生成相的种类、形态、大小和分布等进行研究。结果表明 :80 0℃在Mg中加入SiO2 可原位反应生成Mg2 Si和MgO增强相 ,Mg2 Si为多角形和细条状 ,在Mg基体中分布均匀 ;MgO为细小的粒子状 ,在熔体中分布不均匀 ,大多则是聚集在坩埚底部 ;机械搅拌可有效削弱反应添加物SiO2 的动力学沉降过程 ,改善原位反应的动力学条件 ,促使反应生成的MgO在熔体中分布均匀。初步建立起SiO2

MoSi_2-Mo_5Si_3复合材料的低温氧化行为

通过热重分析 (TGA)、X射线衍射 (XRD)和扫描电镜 (SEM)研究了 Mo Si2 - Mo5Si3复合材料的低温氧化行为 ,指出材料低温氧化时 ,随 Mo5Si3量增多 ,材料氧化加剧 ,当 Mo5Si3含量超过 16 % (质量分数 )时发生“PEST”现象 ,所形成的 Si O2 由于 Mo O3晶须的大量存在 ,使其不能均匀连续地分布于材料表面 。

原位Mg_2Si/AM60镁基复合材料半固态组织演变

采用原位合成技术制备了Mg2Si/AM60复合材料。研究了不同搅拌工艺参数对半固态镁基复合材料显微组织的影响。结果表明,镁合金中加入结晶Si后,生成了中国汉字状的Mg2Si增强颗粒。对复合材料在半固态温度区间进行机械搅拌,研究发现,搅拌温度越高,搅拌速度越大,固相颗粒越细小、均匀和圆整,但温度太高,固相颗粒会熔化,随搅拌时间的延长,固相颗粒先变得细小、均匀和圆整,然后长大。

Mg对原位合成TiB_2/Al-7Si复合材料的微观组织及力学性能的影响

采用K2TiF6和KBF4混合盐原位反应法制备TiB2/Al-7Si复合材料,利用XRD、SEM、金相显微镜、HV硬度测试和磨损实验等方法研究了Mg对复合材料的微观组织和力学性能的影响。结果表明:反应生成的TiB2颗粒平均尺寸约为0.5μm,材料的硬度和耐磨性随着TiB2含量的增加而提高;添加1.5%Mg(质量分数)元素可明显细化TiB2颗粒,且使其分布更加均匀,增强TiB2颗粒的弥散强化和细晶强化效果,复合材料的硬度和耐磨性显著改善;过量的Mg元素(3%)会造成TiB2颗粒细化效果的下降,但其硬度和耐磨性能继续得到改善。

原位合成Mg_2Si/Mg-2Al-Zn-2Gd复合材料的微观组织与断裂行为

采用多次循环塑性变形-原位反应方法制备Mg2Si/Mg-2Al-Zn-2Gd复合材料。采用XRD、SEM和TEM对复合材料的成分及微观组织进行分析和观察。结果表明:多次循环塑性变形过程对镁合金基体组织和原位合成的Mg2Si第二相粒子均有细化和均化作用;随着Mg2Si颗粒含量的增加,复合材料的弹性模量和屈服强度增加,同时断裂强度和伸长率均下降;原位反应合成的Mg2Si第二相粒子与基体结合良好,材料断裂时裂纹优先在基体中形成,断裂时Mg2Si第二相粒子能起到阻碍裂纹扩展的作用;Mg2Si/Mg-2Al-Zn-2Gd复合材料的强化机制主要为第二相强化和基体晶粒细化。

Nd对原位自生Mg_2Si/Al复合材料的变质作用

采用稀土元素Nd对原位自生Mg2Si/Al复合材料进行变质处理;利用X射线衍射仪和金相显微镜等方法分析了变质前后合金的微观组织;并对Nd的变质机理进行了分析。结果表明:在原位自生Mg2Si/Al复合材料中添加适量的Nd对初生和共晶Mg2Si能够同时起到良好的变质作用。当Nd含量达到0.5%时,初生Mg2Si的形貌由粗大的树枝状或多角形块状转变为细小的块状,平均尺寸由47.5μm减小到13.0μm;共晶Mg2Si也由粗大的片状转变为细小的片状、纤维状或点状。其变质机理可能与Nd元素富集于Mg2Si相固-液界面降低Mg2Si相与Al液间界面张力及由富集所引起的成分过冷有关。

原位自生Mg_2Si/Mg基复合材料的高温蠕变行为

采用原位自生技术制备出不同Mg2Si含量的Mg2Si/Mg复合材料,利用光学显微镜观察其铸态组织,进一步研究了原位自生Mg2Si/Mg复合材料在不同温度和应力下的高温蠕变行为。结果表明,随着Si含量的增加,初生Mg2Si相从原来的块状向树枝状和花瓣状转变,分布在α-Mg和汉字状的共晶Mg2Si之间。原位自生Mg2Si/Mg复合材料的高温蠕变性能随着Mg2Si含量的增加而得到明显地提高,根据蠕变幂率方程,可求得材料的蠕变应力指数和表观激活能。该材料的蠕变表观应力指数均大于5,蠕变表观激活能大于纯Mg的蠕变激活能,且这2个参数在一定的条件下随着Mg2Si含量的增加而变大。该复合材料的蠕变机制主要是由位错攀移和第二相增强机制控制。

激光熔敷Ti_5Si_3/NiTi_2复合材料涂层的组织与耐磨性

以 Ti-Si-Ni合金粉末为原料,利用激光熔敷技术在BT9钛合金表面制备出了以金属间化合物Ti5Si3为增强相、以NiTi2为基体的Ti5Si3/NiTi2金属间化合物快速凝固耐磨复合材料涂层.Ti5Si3/NiTi2复合材料涂层的硬度高、组织均匀、致密、与基材之间为完全冶金结合,在干滑动磨损试验条件下具有很好的耐磨性.

激光熔敷Cr_3Si/Cr_2Ni_3Si复合材料涂层组织与耐磨性研究

以 Cr- Si- Ni合金粉末为原料、利用激光熔敷技术在 A 3低碳钢表面上制得了以金属硅化物 Cr3Si为增强相 ,以 Cr2 Ni3Si复杂金属硅化物为基体的快速凝固 Cr3Si/ Cr2 Ni3Si复合材料冶金涂层 ,分析了该涂层的显微组织 ,并分别在干滑动磨损及二体磨料磨损条件下测试了该涂层的耐磨性能。研究结果表明 ,由于激光熔敷 Cr3Si/Cr2 Ni3Si快速凝固复合材料涂层组织细小、均匀 ,在滑动磨损过程中不易与对偶件粘着、在磨料磨损过程中具有很高的抗切削抗剥落能力 。

原位Mg_2Si/Al复合材料半固态组织的形成与演变

研究了P对原位Mg2Si/Al复合材料显微组织的影响,利用等温热处理的方法成功地得到了基体与增强体双相球化的半固态球状组织,探讨了球化机理。结果表明,P孕育变质后,铸态组织中Mg2Si增强相由粗大的枝晶转变为细小的块状,经过等温热处理后的半固态组织,增强相分布均匀、尺寸细小,均表现为规则的球形,而α-Al的形貌也变得较为圆整。此外,随着热处理保温时间的增加,Mg2Si尺寸没有明显的变化,相反,α-Al的尺寸却有明显的增加。

改进型ECAP路径对Al-Mg_2Si原位复合材料组织与力学性能的影响

采用一种结合BC、BA路径特点的改进型路径BC-UD2、在250℃对铸造Al-10.9%Mg2Si原位复合材料进行等通道转角挤压(ECAP)来细化组织、改善Mg2Si增强相形态及分布状态,考察其对力学性能的影响。结果表明:经BC-UD2路径8道次ECAP挤压后,复合材料基体由约100μm发达的树枝晶组织细化为约1.5μm的细晶粒组织;原先粗大的汉字状共晶Mg2Si相被细化为约0.85μm的多边形状颗粒,趋于均匀分布状态,较常规BC路径中Mg2Si颗粒沿基体晶界聚集分布状态有很大改善;经BC-UD2路径挤压后复合材料的抗拉强度由铸态的166.9 MPa增大到331.8 MPa,伸长率由铸态的0.43%增加到23.6%,分别提高了99%和5 400%;同时也比BC路径挤压材料的抗拉强度(297.3 MPa)提高了12%,伸长率(15.15%)提高了56%,综合力学性能显著提高。

燃烧合成法制备Al/Mg_2Si复合材料

利用燃烧合成法制备Al／Mg2Si复合材料并探讨Al／Mg2Si复合材料制备过程中预热速率、压坯压力、Mg粉粒度、Al体积分数等对产物的影响．研究表明：预热速率越大，反应产物的致密度越高；压坯压力越大，产物的致密度越高，但压坯压力在50％～80％时，产物致密度最高；Mg粉粒度越小，产物致密度越高；随着舢体积分数的增加，体系反应持续时间相应延长，当Al体积分数为20％时，产物的致密度最好．