Mg2B2O5晶须增强镁基复合材料的组织与界面结构研究

采用光学显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪研究Mg2B2O5晶须增强镁基复合材料的铸态组织及Mg2B2O5/AZ91D界面反应产物。结果表明:Mg2B2O5晶须具有孪晶结构,其孪生面和晶体生长方向分别为(202)和[010];部分Mg2B2O5晶须中存在MgB4O7颗粒相;在基体晶界与Mg2B2O5晶须之间存在等轴状Mg2Si相;Mg2B2O5/AZ91D界面处存在厚度不均匀的MgO和MgB2相界面层。尽管Mg2B2O5、MgO和MgB2之间没有确定的晶体学位相关系,但在特定Mg2B2O5晶须表面观察到(202)Mg2B2O5//(002)MgO,[010]Mg2B2O5//[110]MgO和(002)MgO//(0001)MgB2,[110]MgO//[2110]MgB2取向关系。最后,讨论Mg2B2O5晶须对复合材料组织结构和性能的影响。

润滑条件下Mg_2B_2O_5/6061Al基复合材料摩擦磨损性能研究

采用自制的机械-超声混合搅拌设备制备出Mg2B2O5/6061Al铝基复合材料,复合材料的体积分数为2%。研究了载荷和滑动速度对基体以及复合材料的摩擦磨损性能的影响。实验结果表明,基体和复合材料摩擦系数总体上随着载荷和滑动速度的增加而减小。基体和复合材料的磨损率随载荷和滑动速度的增加而明显的增大,且基体和复合材料均存在一个临界载荷和临界滑动速度。当载荷和滑动速度到达临界值后,磨损率均急剧增大,此时试样摩擦磨损机制由微观疲劳磨损和磨粒磨损向粘着磨损与剥离磨损转变。

粉末热挤压法制备Mg_2B_2O_(5w)/6061Al复合材料的组织和力学性能研究

采用粉末冶金法制备了含量分别为5%、10%、15%、20%（体积分数,下同）的硼酸镁（Mg2B2O5）晶须增强6061铝基复合材料,利用SEM和EPMA研究了复合材料的微观组织,并测定了其力学性能。结果表明：在复合材料制备过程中Mg2B2O5晶须发生了破碎和折断,Mg2B2O5多以晶须团聚体的形式存在,出现尺寸为10~25μm的颗粒状增强体;Mg2B2O5晶须沿挤压方向定向排列,并且定向排列性随晶须含量的增加而减弱;复合材料的抗拉强度随着晶须含量的增加先升高后降低,并在晶须含量为15%时达到最大值191MPa,较基体合金增加16.5%;复合材料的伸长率随晶须含量的增加逐渐下降,当晶须含量为20%时降至最低值6.3%。

(Mg_2B_2O_5w+ND)/ZK60镁基复合材料的摩擦磨损性能研究

在湿球磨条件下以600 r/min高能球磨混粉,并将球磨后的粉末经过热压烧结-热挤压成型制备(Mg2B2O5w+ND)/ZK60镁基复合材料。研究了(Mg2B2O5w+ND)/ZK60镁基复合材料在不同载荷和转速下的干摩擦磨损性能。结果表明:干摩擦条件下,材料的摩擦系数随着滑动距离的增加会经历跑和阶段和稳定阶段;材料的质量磨损率随着转速的增大而降低,随着载荷的增大而增大,且基体镁合金的质量磨损率始终低于复合材料。随着摩擦载荷和转速的增加,材料的摩擦系数减小,然后逐渐趋于平稳。混杂增强的镁基复合材料相比基体合金具有更低的摩擦系数。

涂覆及未涂覆Mg_2B_2O_(5w)晶须的6061Al合金干摩擦行为研究

制备了未涂覆、涂覆Cu O和涂覆Zn O的硼酸镁晶须(Mg2B2O5w)增强的6061Al铝基复合材料,研究了外加载荷和滑动速度对6061Al合金以及复合材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明,在相同条件下,涂覆Zn O涂层、Cu O涂层、未涂层晶须增强的铝基复合材料和6061Al合金磨损率依次增大;随着载荷和滑动速度的增加,6061Al合金和复合材料的摩擦系数均有下降的趋势,磨损率随之减小。

ND+Mg_2B_2O_5w/ZK60复合材料尺寸稳定性研究

利用粉末冶金法制备出ND+Mg_2B_2O_5w/ZK60复合材料,研究了不同体积分数增强体对复合材料尺寸稳定性影响规律。结果表明,ZK60镁合金的尺寸稳定性要低于ND+Mg_2B_2O_5w/ZK60复合材料的稳定性;双增强体复合材料尺寸稳定性高于单增强体的复合材料尺寸稳定性;增强体体积分数越高,复合材料尺寸稳定性也越高。

溶液燃烧法制备Mg_2B_2O_5亚微米棒

以六水硝酸镁、硼酸、甘氨酸、尿素为原料,运用溶液燃烧法合成了Mg2B2O5亚微米棒。利用XRD,SEM,TGDTA表征手段对产物及产物前驱体进行表征。讨论了不同温度、燃烧剂、Mg∶B比例和煅烧时间对产物的物相、形貌的影响。确定合成Mg2B2O5亚微米棒的最佳工艺条件为甘氨酸做燃烧剂、Mg∶B=1∶1、在900℃煅烧4 h,得到的产物呈棒状,直径分布在200~400 nm之间,长径比分布在3~6之间。

铸态Mg_2B_2O_5晶须增强6061铝基复合材料等温模锻模拟研究

运用deform-3D软件对铸态2%Mg2B2O5w/6061Al复合材料精密锻件等温模锻工艺进行模拟研究,通过温度、变形速率的控制模拟得出相应的应力分布、外加载荷。通过对应力的分布、应力集中和需要的外加载荷的分析,确定最佳的等温模锻工艺参数。

CaTiO_3对Mg_2B_2O_5微波介质陶瓷掺杂改性的研究

采用传统固相反应法制备CaTiO_3掺杂Mg2B2O5微波介电陶瓷。使用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和微波介电性能测试等手段,研究了CaTiO_3掺杂对样品微观结构和微波介电性能的影响。结果表明,Mg_2B_2O_5相和CaTiO_3相二者能够共存,随着CaTiO_3掺杂量的增加介电常数和谐振频率温度系数会增大,而品质因数会有所下降。当CaTiO_3的质量分数为5%时,样品在1 085℃烧结4h后获得了最佳微波介电性能,即介电常数εr=7.03,品质因数Q×f=42 221GHz,谐振频率温度系数τf=-2.8×10^(-6)℃-1。

高长径比硼酸镁晶须的制备及生长机理研究

以六水氯化镁和硼砂为原料,以氯化钠、氯化钾作为助熔剂,通过熔盐法制备出长为200~800μm,最大长径比为250,品质均匀的硼酸镁晶须.采用XRD分析、光学显微和SEM观察,研究产物的结构和形貌,并研究不同n（B）/n（Mg）、反应温度和时间对硼酸镁晶须生长过程及质量的影响,结果表明,反应的最佳条件是n（B）/n（Mg）=3：1、反应温度为900℃、恒温时间为6h.根据XRD分析,表明Mg2B2O5晶须的生成经过中间产物方硼石Mg3B7O13Cl的转化过程,晶须生长需要一个富硼的环境.晶须的生长机理符合L-S机理.

微波固相法合成硼酸镁晶须

应用微波合成技术，以氧化锌为加热介质，合成出了硼酸镁（Mg2B2O5）晶须，与常规固相反应相比，微波法可在微波辐射下（2．450Hz）仅20min内使反应完成。在详细研究相转变的同时，对微波在固相合成中的作用进行了初步的讨论。

球磨工艺对粉末热挤压制备铝基复合材料力学性能的影响

采用粉末热挤压工艺制备体积分数10%的硼酸镁晶须增强铝基复合材料,研究球磨工艺参数即球磨速度、球磨时间对晶须分布均匀性及复合材料力学性能的影响.结果表明:球磨速度和球磨时间是影响铝基复合材料力学性能的重要因素,球磨速度过快不利于后期材料的热挤压成形,随着球磨时间的延长,晶须的折断现象严重.球磨速度150r/min、球磨时间10h、挤压比25∶1的条件下制备的挤压态复合材料硼酸镁晶须分布均匀,材料的抗拉强度为230MPa,延伸率7%.

团簇对粉末热挤压铝基复合材料力学性能的影响

为明确晶须团簇行为对材料力学性能的影响,采用粉末热挤压法制备了硼酸镁晶须增强铝基复合材料,对不同含量的晶须增强铝基复合材料进行了力学性能测试,并基于载荷传递模式提出相应的模型对材料强度进行预测.结果表明:随着硼酸镁晶须含量的增加,团簇加剧;当晶须体积分数大于10%时,材料力学性能降低;提出的模型考虑了团簇因素,成功预测了复合材料的实验强度.

热处理对Mg_2B_2O_5w/AZ91D复合材料耐蚀性的影响

研究了不同热处理工艺对Mg2B2O5晶须增强AZ91D镁基复合材料耐腐蚀性能的影响。结果表明:镁基复合材料的耐蚀性能与其组织和结构密切相关,其β-Mg17Al12相的数量、形状以及α-Mg相中Al的含量都对复合材料的耐腐蚀性有影响。经固溶处理后(T4),材料的耐腐蚀性下降;经人工时效处理后(T5),材料的耐腐蚀性提高;经固溶+人工时效处理后(T6),材料的耐腐蚀性严重下降。

纳米TiO_2对硼酸镁晶须增强镁基复合材料表面Ni-P化学镀层形貌及耐蚀性能的影响

目前,对镁基复合材料表面能否得到耐蚀性优良的Ni-P-Ti O2复合镀层研究不多。为了提高镁基复合材料的耐蚀性,在硼酸镁晶须增强AZ91D镁基复合材料表面制备了Ni-P化学镀层和Ni-P-纳米Ti O2复合化学镀层。采用扫描电镜(SEM)观察镀层表面形貌,用电化学方法研究了镀层的电化学性能,并分析了添加纳米Ti O2对镀层耐蚀性的影响。结果表明:施镀2 h后,Ni-P-Ti O2镀层厚度约为12μm;与Ni-P镀层相比,纳米Ti O2颗粒的加入细化了镀层晶粒,同时造成了镀层疏松,镀液中Ti O2浓度为2 g/L时得到的复合镀层的自腐蚀电位为-0.8 V,耐蚀性降低,但仍对基体有保护作用。

热机械循环Mg_2B_2O_5/AZ31复合材料电化学腐蚀行为研究

对Mg2B2O5/AZ31复合材料在热循环条件下的试样进行了电化学腐蚀,通过电化学噪声技术(EN)噪声电阻(Rn)和功率谱密度(PSD)等方法研究了Mg2B2O5/AZ31复合材料在中性NaCl溶液中的腐蚀行为。研究表明,浸泡初期(0～24 h),电化学噪声电位、电流在测量时间范围内漂移较小,电位谱功率密度(PSDV)曲线的斜率几乎不变。浸泡后期(24～36 h),电化学噪声出现尖峰波动,谱功率曲线的斜率产生突变,表明电极表面的亚稳态蚀点转化为稳定蚀点。扫描电镜表面形貌分析表明,浸泡36 h后电极表面出现明显蚀点。

加载热循环对ZnO/Mg_2B_2O_5w/AZ91D复合材料变形的影响

对35vol.%的ZnO/Mg2B2O5w/AZ91D复合材料分别在14、21、28和35 MPa下进行了加载热循环实验。研究发现,在21～35 MPa外加应力变化下,复合材料的应变速率随着循环次数的增加开始时呈现减小趋势,在100次时出现拐点,应变速率呈上升趋势。复合材料的累积残余应变随热循环中外加应力的增加而增加,热循环曲线的滞后环与x轴的倾角随外加载荷增加而减小,闭合性随外加载荷增加而降低。复合材料分别在35 MPa、20～400℃及21 MPa、20～400℃条件下发生热棘齿现象,断后伸长率分别达到18.2%和20.08%,复合材料的塑性得到了改善。在所有实验条件下,通过计算复合材料的应变速率敏感指数的变化范围为0.67≤m≤1.64,证明复合材料具有超塑性。

聚丙烯/Mg_2B_2O_5晶须复合材料的非等温结晶动力学研究

采用熔融共混法制备了Mg2B2O5晶须(MBOw)和经硼酸酯偶联剂(BE)改性后MBOw分别填充的聚丙烯(PP)基复合材料,通过光学显微镜分析研究了BE对MBOw表面性质的影响,用DSC法并结合莫志深方程研究了PP及其填充改性前后MBOw复合材料的非等温结晶动力学。结果表明,BE改性后的MBOw表面性质较改性前发生根本变化;莫志深方程能较好地描述PP及其复合材料的非等温结晶动力学,MBOw对PP具有异相成核的作用,加快了PP的结晶速率,且BE使MBOw的异相成核能力得到增强,更有利于PP结晶速率的提高。

Li2SO4-K2SO4及NaCl-KCl对硼酸镁晶须结构与抗压强度的影响

以硼酸和碱式碳酸镁为原料,采用原位合成法制备了硼酸镁晶须,研究了二元烧结助剂对硼酸镁晶须的结构及抗压强度的影响,并分别用TG、XRD和SEM对样品进行表征,分析得到硼酸镁晶须的过程转变机理及硼酸镁晶须的组成晶相和形貌。实验结果表明,当未添加烧结助剂时,孔隙率为62.57%,抗压强度为10.32 MPa,晶须直径为0.2~0.6μm,长度为3~5μm。添加二元烧结助剂会降低硼酸镁晶须的孔隙率并提高其抗压强度。当烧结助剂为Li2SO4-K2SO4时,孔隙率为48.37%,抗压强度为16.21 MPa;当烧结助剂为NaCl-KCl时,孔隙率为45.27%,抗压强度为16.39 MPa。

CuO涂覆Mg_2B_2O_5晶须增强镁基复合材料界面结构研究

采用溶胶-凝胶法制备的CuO涂覆Mg2B2O5晶须改善了晶须增强镁基复合材料的界面。利用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电子显微镜对CuO涂覆Mg2B2O5晶须和镁基复合材料分别进行物相分析、形貌观察和界面结构分析。结果表明:CuO成功地涂覆在了Mg2B2O5晶须上,CuO涂覆Mg2B2O5晶须增强镁基复合材料的界面相为MgCu2和MgO相,来源于CuO和基体的界面反应产物;基体析出相MgZn2在晶须两侧平行生长,在特定位置和晶须具有一定的晶体学位向关系:[001]Mg2B2O5[5143]MgZn2和(100)Mg2B2O5(0111)MgZn2;CuO涂覆Mg2B2O5晶须增强镁基复合材料的抗拉强度和伸长率分别提高了37.6%和35.7%。