热处理对搅拌铸造Ti_(p)/AZ91 D镁基复合材料组织与力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射和显微硬度及室温拉伸力学性能测试等方法,分析研究了固溶、时效热处理对搅拌铸造Ti_(p)/AZ91D复合材料(体积分数4.0%,平均粒径6.5μm)的微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,400℃固溶热处理时,Tip/AZ91D复合材料的固溶时间为2 h,比基体AZ91D合金缩短8 h,原因是复合材料组织中的共晶β-Mg17Al12相比基体合金中的较细小、弥散,更快溶解进入α-Mg基体相。在168℃时效热处理时,复合材料中的Ti颗粒界面促进β相析出,使其峰值时效时间只需16 h,比基体合金缩短一半。经过固溶时效热处理后,复合材料的屈服强度和抗拉强度分别达到150 MPa和217 MPa,比基体合金均有所提高。

SiC_(p)/AZ91D镁基复合材料中SiC_(p)颗粒分散情况的无损检测方法

SiC_(p)/AZ91D镁基复合材料在航空航天领域应用较为广泛,但由于国内外对于超声波检测方法研究SiC_(p)/AZ91D镁基复合材料中SiC_(p)颗粒分布情况鲜见报道。本工作通过挤压铸造法,制备体积分数分别为0%,2%,4%和6%的SiC_(p)颗粒增强镁基复合材料。为了研究复合材料中颗粒分布情况,本工作采用超声声速法、超声衰减法、超声波特征扫描成像检测及非线性超声检测方法对SiC_(p)颗粒分散性进行研究。探索各种声学参量随SiC_(p)体积分数的变化关系及不同的检测方法对SiC_(p)颗粒分布情况检测能力的差异,并进行实验验证。结果表明:超声特征扫描检测及超声速度法能够定量检测SiC_(p)宏观团聚,超声衰减法对表征微观团聚和宏观团聚都能达到一个很好的效果,非线性超声检测方法对于检测SiC_(p)微观团聚更为敏感,颗粒不均匀时对力学性能影响最为突出,抗拉强度大大降低。

纳米SiCp增强AZ91D复合材料的摩擦磨损性能

采用超声波分散法制备了纳米SiCp增强AZ91D复合材料,研究了基体及复合材料在干滑动摩擦情况下的摩擦磨损性能。结果表明,与基体镁合金相比,复合材料的硬度、耐磨性都有显著提高。随着SiCp含量的增加,复合材料的耐磨性也逐渐增强。用激光扫描显微镜对试样的磨痕进行了分析,发现AZ91D的磨损机制以严重的粘着磨损即擦伤磨损为主,而复合材料的磨损机制以磨粒磨损为主,纳米SiCp的加入改变了材料的磨损机制。

基于SiCp/AZ91D复合材料真实微观结构建立的简化模型

本文基于SiCp/AZ91D复合材料的SEM图建立了具有其真实微观结构特性的有限元模型,并以此为基础再次建立了具有同等颗粒体积分数、分布规律,长宽比为2:1的长方形简化模型。通过对两种模型进行相同的有限元拉伸模拟实验,研究发现,该简化模型对于SiCp/AZ91D复合材料的有限元拉伸实验,能够起到简化建模的作用,其实验数据与原始模型具有很高的相似度。

快速凝固结合粉末冶金法制备SiC_p/AZ91复合材料的组织及性能

用快速凝固结合粉末冶金法制备了SiC颗粒增强镁合金基复合材料(SiCp/AZ91)棒材,研究了SiC颗粒含量对复合材料室温力学性能及显微组织的影响。结果表明:制备的复合材料棒材中SiC颗粒在基体中分布均匀,但仍存在局部颗粒团聚现象;随SiC颗粒含量的增加,复合材料的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率均逐渐降低;热挤压过程中,镁、SiC和SiO2之间发生了界面反应,在界面生成Mg2Si等脆性相,影响了复合材料的界面性能。

SiC_p/AZ91D复合材料真空压力浸渗制备工艺及微观组织的研究

采用真空压力浸渗装置制备SiCp/AZ91D复合材料。对制备工艺进行了改进,提出了以SiC颗粒覆盖法保护镁合金熔体的措施,可以有效解决熔剂覆盖法易造成的熔剂夹杂问题;在压力0.4MPa、浸渗温度700℃、保压5min的条件下,制备SiC单一颗粒尺寸为5μm、体积分数为44.7%的SiCp/Mg复合材料;并且成功制备32μmSiC单一颗粒体积分数为56.4%的SiCp/AZ91D复合材料。经过光镜、扫描电镜和X射线衍射仪分析表明,采用SiC颗粒覆盖法制备SiCp/AZ91D复合材料组织致密、无明显孔洞及夹杂等铸造缺陷,有新相Mg2Si生成。

碳纳米管预制块铸造法制备CNTs/AZ91复合材料研究

在氩气保护下,采用碳纳米管预制块铸造法制备了碳纳米管/AZ91镁基复合材料。观察和分析了复合材料的微观组织,测试了其室温力学性能,并利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(SED)对复合材料拉伸断口形貌进行了观察和分析。研究结果表明:该方法能有效地将碳纳米管添加到镁合金熔体中并且均匀分散;随着碳纳米管的加入,复合材料的晶粒组织得到不断的细化,综合力学性能得到明显提高。

石墨烯增强AZ91镁基复合材料的力学性能

分别以质量分数为0.1%的氧化石墨烯和石墨烯纳米片为增强相制备了AZ91镁基复合粉和复合材料,分析了氧化石墨烯与AZ91镁合金的界面反应机理;测试了复合材料的力学性能并观察了拉伸断口形貌。结果表明:以氧化石墨烯为增强相复合材料的屈服强度、伸长率和显微硬度分别为224.85MPa,8.15%和70.14HV,与基体镁合金的相比分别提高了39.7%,35.4%和31.8%,高于以石墨烯纳米片为增强相复合材料的;氧化石墨烯因带有含氧官能团极易与镁合金粉混合均匀,且两者反应生成的MgO有利于提高石墨烯与镁合金基体的界面结合强度,从而提高复合材料的力学性能。

SiCw/AZ91复合材料及AZ91镁合金的高温压缩变形的研究

利用GPL-1500热模拟试验机对SiCw/AZ91复合材料和AZ91镁合金在不同温度及不同应变速率条件下进行高温压缩试验,根据压缩的真应力-应变曲线计算出合金和复合材料的应变速率敏感指数(m)和表观激活能(Q)。结果表明,复合材料和镁合金的应变速率敏感指数均随温度的升高而增大,并且在同一温度下,复合材料的m值大于镁合金的m值;另外,复合材料和镁合金的表观激活能也随温度和应变速率的改变而发生变化,表明在不同条件下压缩时,复合材料和镁合金的高温压缩变形机制也发生了变化。

Al_2O_3-SiO_2/AZ91D镁基复合材料的挤压浸渗制备工艺及微观组织和界面的研究

采用挤压浸渗法制备Al2O3-SiO2/AZ91D复合材料。改进制备工艺,利用价格低廉且来源广泛的硅酸铝短纤维作增强体,用磷酸铝作黏结剂制得预制体。在预制体温度660℃、模具温度560℃、浇注温度760℃和压力30～50MPa下,通过挤压浸渗工艺制备AZ91D镁基复合材料。采用光学显微分析、XRD衍射分析、SEM扫描分析等方法研究该复合材料。结果表明,镁与磷酸铝黏结剂反应后在界面上生成一定数量的MgO颗粒和少量的MgAl2O4颗粒,致使硅酸铝增强纤维和镁合金基体之间形成较强界面结合。复合材料组织致密、无明显孔洞及夹杂等铸造缺陷。其界面上的反应产物主要有MgO、MgP4。

Al2O3-SiO2／AZ91D镁基复合材料的制备及其性能研究

采用硅酸铝纤维和镁合金制备出结构紧密的Al2O3-SiO2／AZ91D镁基复合材料。介绍了复合材料的制备工艺，适宜的挤压铸造工艺为：基体温度650℃、模具温度550℃、浇注温度760℃和压力30～50MPa。XRD、SEM、EDS和光学金相显微镜OM等分析结果表明：复合材料主要由Mg、β-Mg17Al12、MgO、AlPO4、3Al2O3·2SiO2和Mg2Si等结晶相组成；镁与硅酸铝纤维反应生成MgO和汉字状Mg2Si等产物；基体镁与硅酸铝纤维的界面形成比较紧密的结合层。与镁合金相比，复合材料的硬度和油摩擦性能有较大提高。

TiC_p/AZ91复合材料微观断裂机制的研究

对TiCp增强AZ91复合材料室温下进行拉伸试验时发现,随着复合材料中TiCp含量的增加其断口形貌发生明显变化。认为TiCp的加入,使得复合材料断裂机制发生了转变。当TiCp含量较低时,复合材料的断裂主要由β-Mg17Al12相控制,断口中韧窝明显。随着TiCp含量的增加,断裂机制转变为TiC与α-Mg/β-Mg17Al12脱粘机制即由界面控制,断口中韧窝不再明显。当TiCp含量继续增加,颗粒在基体内逐渐团聚。此时材料的断裂为TiCp团簇控制机制。实验表明,TiCp含量在6%时复合材料的抗拉强度达到最高,对应的断裂机制为界面控制机制。同时随着TiCp含量的增加复合材料硬度增加显著。

热处理对SiC_p/AZ91D复合材料组织和力学性能的影响

在无溶剂熔炼的条件下,采用挤压铸造法制备了SiCp/AZ91D复合材料,并研究了热处理工艺对SiCp/AZ91D复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:经热处理后,SiCp/AZ91D复合材料的晶粒明显细化,平均尺寸在100μm以下;显微组织致密,无明显缩孔及夹杂等铸造缺陷,拉伸断口表现为韧脆混合断裂特征,主要由解理台阶、撕裂棱和小尺寸的韧窝组成。此外,其力学性能较未热处理的SiCp/AZ91D复合材料和AZ91D合金均有大幅提高,抗拉强度和伸长率分别提高了46.7%、147.8%和61.2%、88.1%。

滑动速度对Al_2O_3-SiO_(2(sf))/AZ91D复合材料磨损性能的影响

以硅酸铝短纤维作为增强体,以磷酸铝作为预制体高温粘结剂,采用挤压浸渗法制备出硅酸铝短纤维体积分数分别为15%、20%、25%和30%的镁基复合材料。利用MM200磨损试验机,分别在10、20、30、40、50N的外加载荷及0.47m/s和0.94m/s速度条件下,与硬度(HRC)为53的20Cr对磨环在干磨条件下进行对磨,考察了滑动速度对硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料试样磨损量的影响,并通过扫描电镜对试样摩擦表面进行了形貌观察和分析。结果表明,滑动速度的变化对复合材料试样磨损量的影响比对AZ91D基体合金试样磨损量的影响更大更复杂,这种影响趋势既因复合材料体积分数的变化而不同,同时取决于外加载荷的大小。

SiC颗粒增强AZ91基复合材料拉伸性能研究

针对风力发电机组摩擦材料对性能的要求,在不同的温度下,成功制备出了SiC颗粒增强的AZ91镁合金基复合材料,并且对其拉伸性能进行研究。结果表明,SiCp/AZ91复合材料的抗拉强度高于AZ91基体镁合金;在同样的烧结温度下,直径较小的SiC颗粒对复合材料的抗拉强度提高幅度较大。

流变成形压力对Al_2Y/AZ91镁基复合材料摩擦磨损行为的影响

采用销盘式摩擦副,在转速为100 r/min干摩擦条件下,结合OM、SEM结果,考察了不同载荷与成形压力对流变成形Al2Y/AZ91镁基复合材料(质量分数2%Y)摩擦磨损性能的影响,并探究耐磨性与材料显微组织、力学性能之间的关系.研究表明:在相同的实验载荷下,随着制备复合材料流变成形压力的增加,材料的磨损质量和摩擦系数减少,本实验条件下最大成形压力为100 MPa时磨损量和摩擦系数最小,摩擦磨损性能较佳;对于在相同成形压力下制备的镁基复合材料,磨损质量随着载荷的提升而增大,而摩擦系数有所降低.当载荷较小时,Al2Y/AZ91镁基复合材料的磨损机制以磨粒磨损为主;随着载荷的增大,磨损机制逐步发生转变;当载荷较大时,磨损机制以剥层磨损为主.

反复塑性变形对SiCp／AZ31镁基复合材料组织和性能的影响

采用反复塑性变形(RPW)技术,结合挤压工艺制备出SiC颗粒增强AZ31镁基复合材料,研究了循环次数(RPW次数)对SiCp/AZ31镁基复合材料显微组织和性能的影响。结果表明,反复塑性变形具有明显的AZ31基体晶粒细化、SiCp细化和分散作用,能显著提高SiCp/AZ31复合材料的抗拉强度和硬度,并改善其塑性。在SiCp的体积分数为4%时,经RPW为300次的热挤压后,AZ31基体晶粒粒径达到最小值20μm,SiCp被粉碎成3μm以下的微粒,且弥散分布于合金基体中,复合材料的室温抗拉强度和硬度(HV)达到或接近最大值,分别为359MPa和107。

钇对Mg_2Si/AZ91D复合材料中Mg_2Si相变质的影响

研究了不同含量的钇对Mg2Si/AZ91D复合材料中Mg2Si相形貌的影响。结果表明:Y对Mg2Si/AZ91D复合材料中共晶Mg2Si有明显的细化变质效果,合金液经0.8%Y变质后,共晶Mg2Si相由粗大的树枝状或汉字状转变为颗粒状。在1.2%添加范围内,随Y加入量的增加,对共晶Mg2Si相的细化变质效果增强,未出现过变质现象。固溶处理能使Mg2Si/AZ91D复合材料中枝状或汉字状Mg2Si发生部分溶解,并依靠原子扩散自发粒状化,Y的细化变质能促进Mg2Si相固溶处理时的粒状化。

Al_2O_3-SiO_(2(sf))/AZ91D复合材料的摩擦磨损性能

以硅酸铝短纤维作增强体,以磷酸铝作为预制体高温粘结剂,采用挤压浸渗法制备镁基复合材料。利用MM200磨损试验机,分别在10、30、50N的外加载荷和0.47和0.94m/s条件下,与硬度(HRC)为53的20Cr对磨环在干态条件下进行对磨,结果表明,在0.47m/s的滑行速度和10、30N的外加载荷条件下,复合材料的磨损机制基本上是单一的磨粒磨损;在0.47m/s的滑行速度和50N外加载荷条件下,复合材料在磨粒磨损的基础上附带有轻微的剥落磨损;在0.94m/s的滑行速度和50N外加载荷条件下,复合材料的摩擦磨损机制是以磨粒磨损为主并辅以轻微粘着磨损的复合磨损,此时,复合材料表现出相对较好的摩擦磨损性能。

Al_2O_3-SiO_2/AZ91D镁基复合材料制备及界面反应机理研究

采用硅酸铝纤维和镁合金制备出结构紧密的Al2O3-SiO2/AZ91D镁基复合材料。介绍了复合材料的制备工艺,适宜的挤压铸造工艺为预制体温度650℃、模具温度550℃、浇注温度760℃和30～50MPa压力。XRD、SEM、EDS和光学金相显微镜OM等分析结果表明,复合材料主要由Mg、β-Mg17Al12、MgO、AlPO4、3Al2O3·2SiO2和Mg2Si等结晶相组成;镁与硅酸铝纤维反应生成MgO和汉字状Mg2Si等产物;基体镁与硅酸铝纤维的界面形成较紧密的结合层。