放电等离子烧结结合热挤压制备纳米相增强镁基复合材料

摘要

镁基复合材料具有许多镁合金具有的优点，如密度低，比强度比刚度高等，同时由于基体与增强相的协同作用，也克服了镁合金的一些缺点，具有比镁合金更好的性能，因此引起了人们的广泛关注。
　　制备镁基复合材料的传统方法有搅拌铸造法、挤压渗透法、粉末冶金法等。用铸造法制备出的材料具有缩孔、缩松等缺陷，而后两者制备过程复杂，危险系数较大。放电等离子烧结技术（SPS）是近年来新发展起来的一门烧结技术，它具有烧结速度快，制备样品质量高，烧结更稳定更环保等优势。因此，本研究采用放电等离子烧结结合热挤压制备出Mg-1Al-xCNTs(x=0.08,0.15,0.30,0.60 wt.％)与Mg-1Al-xSiC(x=0.3,0.6,1.2,2.4 wt.%)镁基复合材料，对其显微组织演变、密度、硬度、拉伸、压缩性能进行了研究，并揭示了纳米相增强镁基复合材料的机理。
　　对于Mg-1Al-xCNTs镁基复合材料，显微组织观察发现，Al-CNTs增强相颗粒均匀的分布在镁基体中。机械性能测试发现，和用同样方法制备出的纯Mg相比，SPS结合热挤压工艺制备出的Mg-1Al-xCNTs镁基复合材料的拉伸性能和压缩性能均得到了很大的提升。其中，Mg-1Al-0.15CNTs镁基复合材料具有最好的机械性能，相对于纯镁，其具有更高的拉伸屈服强度（157MPa vs.98MPa，提升约60%）、拉伸极限强度（271MPa vs.188MPa，提升约44%）、压缩屈服强度（118MPa vs.81MPa，提升约46%）和压缩极限强度（321MPa vs.255MPa，提升约26%）；同时它还具有较高的拉伸延伸率和压缩率，分别为8.8%和17.9%。Mg-1Al-xCNTs镁基复合材料机械性能的提高可以归因于 Hall-Petch增强机制, Orowan增强机制,弹性模量错配增强机制和热膨胀系数错配增强机制，以及载荷传递增强机制。
　　对于 Mg-1Al-xSiC镁基复合材料，显微组织观察结果表明，尽管 Mg基体中局部有聚集的纳米SiC，但大部分纳米SiC仍均匀的分布在基体中。相对于用同样方法制备出的纯 Mg， Mg-1Al-xSiC镁基复合材料的拉伸性能和压缩性能也得到了大幅度提高。例如，相对于纯 Mg，Mg-1Al-1.2SiC镁基复合材料具有更高的拉伸屈服强度（176MPa vs.98MPa，提升约80%）、拉伸极限强度（246MPa vs.188MPa，提升约31%）、压缩屈服强度（140MPa vs.81MPa，提升约73%）和压缩极限强度（338MPa vs.255MPa，提升约33%）。热膨胀系数（CTE）错配增强机制、Orowan增强机制和载荷传递增强机制共同导致了Mg-1Al-xSiC镁基复合材料强度的提高。

目录

声明

第一章 绪论

1.1镁基复合材料

1.2镁基复合材料的增强相

1.3镁基复合材料的制备方法

1.4镁基复合材料的再加工工艺

1.5本论文研究的意义与内容

第二章 实验制备工艺

2.1实验材料

2.2制备过程

2.3组织与性能测试

第三章Mg-1Al-xCNTs的组织和性能研究

3.1原始粉末

3.2显微组织

3.3密度分析

3.4硬度测试

3.5机械性能

第四章Mg-1Al-xSiC的组织和性能研究

4.1原始粉末

4.2显微组织

4.3密度分析

4.4硬度测试

4.5机械性能

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文