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。

TiB_(2)纳米涂层改性碳纤维增强Mg基复合材料的微观结构及力学性能

采用新颖的溶胶-凝胶与碳热还原相结合的方法,对M55J连续碳纤维(Cf)表面进行TiB_(2)纳米涂层改性。首先,制备了掺杂五硼酸铵(NH_(4)B_(5)_(O8)的)TiO_(2)溶胶(0.2 mol/L)(Ti与B的物质的量比为1∶2),然后将其均匀涂覆到C_(f)表面。XPS分析表明,经1350℃烧结120 min后,C_(f)表面涂层发生原位反应并生成了TiB_(2)。采用压力浸渗法分别制备了体积分数为40%和50%的Cf增强镁基(C_(f)/Mg)复合材料,其抗弯强度分别达到720 MPa和870 MPa。然而,对比实验表明Mg基体不能浸渗到无涂层的C_(f)预制体中。HRTEM分析表明,厚度为20~30 nm的界面层由TiB_(2)和少量的TiC、TiO_(2)纳米颗粒组成。C_(f)表面的TiB_(2)纳米涂层可以改善C_(f)与Mg基体之间的润湿性,提高C_(f)/Mg复合材料的力学性能。

三维网络Ti_(2)AlC/Mg基复合材料制备及阻尼性能

采用前驱体法制备Ti_(2)AlC多孔陶瓷预制体,通过辅助压力浸渗工艺制备出组织致密的三维网络相互贯通的Ti_(2)AlC/Mg基复合材料。利用扫描电镜和X射线衍射仪分析复合材料的微观组织和物相组成,使用机械振动分析仪测试复合材料阻尼性能。结果表明,复合材料具有宏观上及微观上双尺度的三维网络结构。恒定温度条件下,复合材料在1 Hz和10 Hz测试条件下的最高损耗正切值分别为0.13和0.15,相比于基体AZ91D镁合金分别提高了约30%和67%,其阻尼表现增强。恒定应变条件下,在最高测试温度时,复合材料出现最大损耗正切值。两种测试条件下,复合材料存储模量均高于基体AZ91D镁合金。从内耗值-存储模量二者平衡的角度来看,复合材料不仅具有更宽的应用温度范围,也具有更好的阻尼-强度平衡性。

Sb对原位Mg_2Si/Mg复合材料组织的影响

利用Mg Si二元合金结晶的特点 ,在普通重力铸造的条件下 ,制备了原位Mg2 Si/Mg复合材料 ,着重研究了Sb对复合材料中Mg2 Si增强相形态的影响。结果表明 ,在Mg 10Si合金中 ,加入质量分数为 0 .8%的Sb ,不仅促进了Mg2 Si的均匀形核 ,而且Sb偏析于Mg2 Si的界面上 ,阻止了Mg2 Si的进一步长大。原位Mg2 Si的形态由粗大的树枝状转变成均匀分布的颗粒状 ,形成了较理想的Mg2 Si颗粒增强Mg基复合材料的组织。

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。

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%。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

(Mg_2Si+SiC_p)/Mg复合材料的耐磨性

利用SEM等技术观察了(Mg2Si+SiCp)/Mg复合材料和纯镁的磨损表面,对比研究了几种材料在不同载荷、不同磨粒尺寸情况下的磨粒磨损行为。结果表明:复合材料中的Mg2Si和SiC增强颗粒能够起到较强的支撑作用,且不易破碎和脱落,很大程度上抑制了塑形变形的出现,抗磨损能力有了明显的提高;随着碳化硅含量的增加,磨损性能成上升趋势,且经过热挤压的复合材料要比铸态的磨损性能好;(Mg2Si+SiCp)/Mg复合材料的失效机制主要是磨粒磨损。

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。

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。

离心铸造条件对Mg_2Si/Al梯度复合材料组织与性能的影响

采用离心铸造法制备了内外层特别是内层富含细小Mg2Si颗粒的铝基梯度复合材料。研究了模具离心转速和预热温度对Mg2Si/Al梯度复合材料内层显微组织和性能的影响。研究结果表明,随着模具离心转速的增大,铸件内层Mg2Si颗粒相分布趋于均匀,颗粒相体积分数、显微硬度和耐磨性能均有较大幅度提高。而模具预热温度对铸件内层颗粒相体积分数及性能影响较小。在模具离心转速为1560 r/min,预热温度为300℃的条件下,铸件内层性能达到最佳值,磨损率仅为相同干滑动摩擦磨损条件下HT200的1/30~1/40。

原位生成Mg_2Si/AM60复合材料的热力学与动力学分析

以Si作为反应添加物,原位生成了Mg2Si增强镁基复合材料。借助光学显微镜(OM)及X射线衍射分析(XRD),发现复合材料组织由初生α-Mg、β-Mg17Al12相以及增强相Mg2Si组成。从热力学和动力学两方面,探讨了原位生成Mg2Si的机制,建立了体系原位生成Mg2Si的动力学模型。结果表明,影响反应速度的主要因素为体系温度、Si颗粒大小以及扩散中间层的厚度。

热处理对Mg_2Si/Al-Si复合材料组织及性能的影响

采用磷、镧复合变质的方法制备了Mg2Si/Al-Si复合材料,并研究了T6热处理对复合材料组织及性能的影响。结果表明:经T6热处理后,复合材料中的Mg2Si、共晶硅均得到一定程度的粒化;在研究范围内,复合材料的硬度和耐磨性能随固溶温度的增加而单调降低,随时效温度的增加而单调上升。经500℃×10h+175℃×10h热处理后,复合材料的硬度和耐磨性能比未热处理时分别提高了21.76%和60.3%。