原位镁基复合材料的研究进展

阐述了镁及镁合金的特性,介绍了原位复合材料的优点及原位制备镁基复合材料的方法原理、优缺点和国内外的研究进展.综述了原位制备镁基复合材料的组织控制及力学性能.最后,展望了原位镁基复合材料的发展前景.     

原位镁基复合材料的研究进展

重点介绍了原位颗粒增强镁基复合材料的制备技术、原位增强体的形成机制、增强机理和原位镁基复合材料的力学性能等研究热点问题并展望了原位颗粒增强镁基复合材料的发展趋势。     

原位合成增强镁基复合材料的制备方法

镁基复合材料以高强度、高弹性模量的陶瓷颗粒或硬质相为增强相,从而具有好的力学性能和物理性能。原位合成法增强镁基复合材料中的增强体具有热稳定性好、组织细小、与镁基体界面结合良好等优点,因而原位合成法成为制备镁基复合材料研究发展的方向之一。本文重点介绍了原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法以及其优缺点,并分析了原位制备镁基复合材料过程中存在的问题,展望了发展趋势。     

原位颗粒增强镁基复合材料的制备

综述了原位颗粒增强镁基复合材料的研究进展，重点介绍了原住反应法制备颗粒增强镁基复合材料的基本原理和过程，并分析了其组织和性能；同时还简述了传统铸造法制备原位颗粒增强镁基复合材料的特点。最后，对原位颗粒增强镁基复合材料的发展趋势作了展望。     

不同粉末冶金方法制备的Al_3Ti/Mg复合材料的性能研究

采用原位合成和外加法两种粉末冶金方法制备了质量分数为10%、20%、30%、40%的Al3Ti颗粒增强镁基复合材料,并对复合材料进行了XRD衍射分析、微观组织分析以及硬度、压缩强度和磨损性能的分析。结果表明,原位合成法制备的复合材料中Al3Ti颗粒尺寸较细,为1～5μm;外加法制备的复合材料中Al3Ti颗粒尺寸为5～15μm;Al3Ti颗粒均匀分散在镁基体中,可大幅度提高材料的强度和耐磨性能;原位合成法比外加法具有更好的强化效果,随着Al3Ti含量的增加,复合材料的硬度和压缩强度显著增加;原位合成法、外加法制备的复合材料中Al3Ti含量分别为20%、30%时耐磨性能最佳。     

粉末冶金法制备镁基复合材料的力学性能和增强机理研究

为了探讨MWNTs对镁基复合材料力学性能的影响和增强机理,采用粉末冶金的方法制备了多壁碳纳米管增强镁基复合材料,对其力学性能进行了测试,并对显微组织进行了观察和分析.结果表明:碳纳米管在基体中呈束状分布,没有出现团聚现象;MWNTs与镁基之间并没有反应发生,碳纤维与镁基体并未在界面处形成碳镁化合物;它们之间是无任何化学作用的机械结合;复合材料的硬度随着MWNTs含量的增加而增加,强度也相应提高;镁基复合材料的强化主要来自增强体的强化作用、细晶强化和析出强化.     

预氧丝在氧化镁/炭复合材料中的原位碳化及其强化作用

研究了碳纤维前驱体即预氧丝在氧化镁／炭复合材料中原位碳化及其强化作用。在氧化镁／炭复合材料中存在铝、镁添加剂时，预氧丝原位碳化后具有碳纤维的强度和强化效果。预氧丝在添加硅粉的氧化镁／炭材料中原位碳化时因与硅反应失去强度，在无抗氧化添加物的氧化镁／炭材料中原位碳化后，预氧丝因氧化失去强度，对基体无强化作用。     

预氧丝在氧化镁／碳复合材料中的原位碳化及其强化作用

研究了碳纤维前驱体即预氧丝在氧化镁／碳复合材料中原位碳化及其强化作用。在氧化镁／碳复合材料中存在铝、镁添加剂时，预氧丝原位碳化后具有碳纤维的强度和强化效果。预氧丝在添加硅的氧化镁／碳材料中原位碳化时因与硅反应失去强度，在无抗氧化添加和的氧化镁／碳材料中原位碳化后，预氧丝因氧化失去强度，对基体无强化作用。     

碳纳米管增强镁基复合材料弹性模量的研究进展

为满足结构件对高弹性模量镁基复合材料的需求,寻找理想的增强相和探索适合的复合工艺是镁基复合材料的发展趋势,向镁合金中添加碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)增强相,具有强化细晶、应力转移、位错和热残余应力等作用,有利于改善镁合金强度和弹性模量等力学性能。从CNTs增强镁基复合材料制备工艺以及CNTs对复合材料弹性模量的影响等方面,详细地介绍了近年来CNTs增强镁基复合材料弹性模量的研究进展,并对未来研究方向提出若干建议。     

镁基复合材料的制备方法与新工艺

综述了镁基复合材料的不同制备方法,尤其是对一些新型制备方法进行了着重介绍,针对性地分析了不同制备工艺对复合材料组织、结构、性能的影响,提出了今后镁基复合材料研究重点是开发新型增强相材料与原位反应合成技术、优化现有制备工艺、大规模制备高性能镁基复合材料.     

BN与LPSO相混杂增强的镁基复合材料制备及性能

研究了六方氮化硼(h-BN)颗粒增强镁基复合材料的制备工艺及其性能。通过化学镀法在h-BN颗粒表面包覆一层纯镍,镀镍处理能显著改善h-BN与镁合金熔体的润湿性,改善其与基体的界面结合。通过向基体合金中加入Y元素,利用镀镍层熔入熔体中的Ni获得了由Mg-Ni-Y组成的LPSO结构(长周期堆垛有序结构),制得了h-BN+LPSO混杂增强的镁基复合材料。超声处理后,hBN增强相体积分数为3%的镁基复合材料热导率为99.92W/(m·K),室温(RT)至100℃的平均热膨胀系数为18.36×10^-6K^-1,抗拉强度为171MPa,伸长率为3.9%,获得了兼具较高力学性能和优异热物性能的镁合金材料。     

SiCp/AZ31镁基纳米复合材料的高能超声制备及性能

文章采用自行设计的高能超声装置制备SiCp/AZ31镁基纳米复合材料,并对制备的复合材料进行显微组织观察和力学性能测试。实验结果表明,高能超声波能使纳米SiCp在镁合金熔体中均匀分散,复合材料抗拉强度和屈服强度都比基体有较大提高,并能保持较高的延伸率。另外,对高能超声波制备金属基复合材料的分散机理,以及SiCp增强镁基纳米复合材料的增强机制,进行了初步探讨。     

原位反应自发渗透法TiC／AZ91D镁基复合材料及AZ91D镁合金的拉伸变形与断裂行为

利用原位反应自发渗透技术合成了47．5％碳化钛TiC（体积分数，下同）增强AZ91D镁基复合材料，对比研究了该复合材料与铸态镁合金AZ91D基体的室温与高温拉伸变形行为，观察了拉伸断口微观组织形貌，并分析了这两种材料的断裂特征。结果表明，TiC／Mg复合材料具有良好的高温力学性能，在拉伸变形速率为0．001s^-1以及温度为723K，时其拉伸强度可达91．1MPa，而此时相同变形条件下的铸态AZ91D镁合金拉伸断裂强度只有41．1MPa，增幅达120％。而在室温下，镁基复合材料的拉伸断裂强度仅高出基体铸态镁合金23．4％。镁基复合材料的断裂应变较低，高低温时均表现为脆性断裂；而镁合金则由室温下的脆性断裂向高温下的韧性断裂过渡。     

固溶时效对半固态挤压SiC/AZ91D组织与性能的影响

为了获得综合力学性能良好的镁基复合材料,采用近液相线保温法制备10μm 15%SiC/AZ91D(质量分数)半固态坯料进行半固态挤压后得到其复合材料,再经过415℃固溶处理24 h(T4)和进一步220℃时效处理8 h(T6)。结果表明:随着固溶时效的进行,晶界处的层片状和点状Mg₁₇Al₁₂相溶解,然后在晶粒中二次析出,并逐渐球化。与T6处理前的15%SiC/AZ91D复合材料相比,经T6处理后其具有良好的综合力学性能,拉伸强度、屈服强度、伸长率和硬度(HV)分别达到242 MPa、204 MPa、2.3%和1322 MPa。     

Properties of Light MMCs Modified with Cordierite Synthesized from Fly Ash

This paper presents novel opportunities for management of fly ash by synthesizing the material into cordierite ceramics and using it as a reinforcing phase for light metal alloys. Metal matrix composites (based on magnesium alloy and aluminum alloy) were produced by squeeze casting. The magnesium matrix composites with a suitably selected reinforcing phase content (2 wt.%) exhibited much better strength properties than the unmodified alloy (AM60). It was also demonstrated that the wettability (or the lack thereof) in the metal-ceramic system is critical to successful production of the composites based on the AK7 alloy with cordierite. Light alloy matrix composites reinforced with cordierite ceramics particles are innovative materials that combine high strength with low weight, which may be a key factor of merit for numerous applications of the composite in various branches of industries.     

Effect of Ti-6Al-4V particle reinforcements on mechanical properties of Mg-9Al-1Zn alloy

Mg-9Al-1Zn (AZ91) magnesium matrix composites reinforced by Ti-6Al-4V (TC4) particles were successfully prepared via powder metallurgical method. The yield strength (YS), ultimate tensile strength (UTS), and elongation (EL) showed a mountain-like tendency with the increase of the TC4 content. The mechanical properties of AZ91 magnesium matrix composites reached the optimal point with TC4 content of 10 wt.%, realizing YS, UTS, and EL of 335 MPa, 370 MPa, and 6.4%, respectively. The improvement of mechanical properties can be attributed to the effective load transfer from the magnesium matrix to the TC4 particles, dislocations associated with the difference in the coefficient of thermal expansion, good interfacial bonding between the Mg matrix and TC4 particles, and grain refinement strengthening.     

热处理对MWCNTs/AZ80镁基复合材料组织和力学性能的影响

采用搅拌摩擦加工法制备了不同体积分数碳纳米管增强AZ80镁基复合材料,考察了固溶+时效热处理对复合材料的微观组织和力学性能的影响。结果表明:镁基复合材料组织致密,晶粒细小,其中的碳纳米管均匀分布;热处理导致碳纳米管与AZ80基体界面上有A13Ni2化合物生成,改善了界面结构;复合材料的抗拉强度随碳纳米管体积分数的增加逐渐增加,固溶+时效处理后的复合材料的抗拉强度有所提高,影响MWCNTs/AZ80复合材料力学性能的主要因素是碳纳米管与镁基体之间的界面结合情况。     

铒对Mg_2Si/AM60镁基复合材料力学性能及耐蚀性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射分析、失重法和电化学测试等手段,研究不同含量的稀土铒对Mg2Si/AM60镁合金复合材料显微组织和腐蚀行为的影响。结果表明,添加稀土Er可使复合材料中增强相由树枝状转变为颗粒状,其抗拉强度由190.1MPa提高到208.3MPa,同时使腐蚀速率大大下降;当稀土Er质量分数为0.7%时,复合材料自腐蚀电位提高了214mV,自腐蚀电流密度降低了一个数量级。说明稀土Er能有效提高合金的耐腐蚀性能。     

n-SiC_p/AZ91D镁基复合材料高温力学性能

采用机械搅拌和高能超声处理法制备了n-SiCp/AZ91D镁基复合材料,测试了复合材料的室温及高温力学性能。结果表明,n-SiCp的加入能显著提高复合材料的高温力学性能,当n-SiCp加入量为1.5%时,复合材料的抗拉强度和伸长率都达到最大值。随着温度的升高,复合材料的强度降低,伸长率增加。断口形貌观察表明,复合材料的断裂方式由室温下的准解理断裂转变为高温下的韧性断裂。     

原位合成TiC/Mg复合材料的微观组织及阻尼研究

采用重熔稀释法原位制备了TiC陶瓷颗粒增强的镁基复合材料.显微组织观察和XRD分析发现原位制备的增强相颗粒细小,分散均匀.阻尼研究表明,由于TiC的加入,复合材料的阻尼相对纯镁有所下降,但是热处理可以提高复合材料的阻尼性能.