颗粒增强镁基复合材料的制备工艺与性能研究

摘要

本文采用半固态搅拌法结合热挤压工艺分别制备了颗粒分布均匀、孔隙率低的SiC<,p>/AZ91和B<,4>C<,p>/AZ91颗粒增强镁基复合材料.采用金相显微镜、SEM(扫描电镜)、XRD(X射线衍射)、EDS(能谱分析)和TMA(热机械分析)等检测分析手段,对复合材料的组织和性能以及断口形貌进行了分析. 以SiC<,p>/AZ91复合材料为对象,研究了搅拌速度、颗粒尺寸、搅拌叶轮旋向、颗粒预处理工艺等因素对SiC<,p>/AZ91复合材料中颗粒分布均匀性的影响.研究发现,颗粒预处理对分布均匀性有显著影响,经过高温预氧化处理的SiC颗粒与镁合金基体润湿性很好,在半固态搅拌制备中能有效改善颗粒与基体的界面结合和颗粒分布均匀性；在其他工艺因素一定时,当颗粒粒径越大,分布越均匀；搅拌速度越低,颗粒分布越不均匀；当颗粒较小时(<50μm)；搅拌叶轮的旋向对不同粒径颗粒在基体中的分布有重要影响,当颗粒较小时(<50μm),采用下旋叶轮,颗粒较大时(≥50μm),宜采用上旋搅拌叶轮. 采用半固态搅拌法结合热挤压工艺制备的B<,4>C<,p>/AZ91复合材料具有良好的性能.复合材料密度为1.873g/cm<'3>,0-100℃线膨胀系数为19×10<'-6>K<'-1>,孔隙率0.51﹪,抗拉强度为282.8MPa.研究发现,热挤压能显著提高复合材料的致密度,细化基体组织,改善颗粒分布状况,并能沿挤压加工轴线方向形成带状组织,对材料的韧性有一定的改善作用.热挤压会对B<,4>C颗粒造成损伤和形成小范围的团簇状聚集,由于挤压变形过程中的协调变形和基体合金的填充机制,不会对材料组织造成损伤,从断口形貌特征上可以确定颗粒与基体间形成了较强的界面结合.同时,研究了B<,4>Cp<,p>/AZ91复合材料的磨损性能,复合材料由于硬质相的加入,较基体AZ91合金具有优越的磨损性能.B<,4>C<,p>/AZ91复合材料的磨损机理是磨粒磨损和粘着磨损共同作用的结果.

目录

文摘

英文文摘

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1综述

1.1金属基复合材料(MMC)的工程应用

1.2镁基复合材料常用基体合金

1.3镁基复合材料的增强相

1.4镁基复合材料的界面问题

1.5镁基复合材料的主要制备方法

1.5.1粉末冶金法(Powder Metallurgy)

1.5.2搅拌铸造法(compocasting)

1.5.3原位反应自生增强相法(In-situ Reaction Synthesis)

1.5.4熔体浸渗法

1.5.5喷雾沉积法

1.5.6其他制备方法

1.6镁基复合材料的热挤压

1.6.1改善PMMC韧性的方法

1.6.2金属基复合材料的二次塑性加工方法

1.7本课题的研究目的和内容

2实验研究方法

2.1实验材料

2.2实验设备和工艺

2.2.1搅拌熔化设备和坯料的制备工艺

2.2.2挤压设备和挤压工艺

2.2.3气氛保护工艺

2.2.4b4C和SiC颗粒的预处理工艺

2.3实验方法

2.3.1制备镁基复合材料的工艺流程

2.3.2试样的制取和显微组织观察

2.3.3密度和孔隙率的测定方法

2.3.4磨损性能实验方法

2.3.5硬度的测定

2.3.6热膨胀系数的测定

2.3.7 AZ91合金的DTA分析和光谱分析

3 SiCp/AZ91复合材料制备及工艺因素对颗粒分布均匀性的影响

3.1基体合金AZ91的DTA分析和半固态搅拌温度的确定

3.2高粘流体固液搅拌机理和搅拌器的选择

3.2.1固-液体系下的完全离底悬浮判据

3.2.2物料性质对固液悬浮的影响

3.2.3搅拌叶轮选型

3.3工艺因素对SiCp/AZ91复合材料颗粒分布均匀性的影响

3.3.1颗粒预处理的影响

3.3.2颗粒粒径的影响

3.3.3搅拌速度的影响

3.3.4搅拌时间的影响

3.3.5搅拌叶轮旋向的影响

3.4 SiCp/AZ91复合材料界面组织和断口分析

3.4.1增强颗粒与基体合金的界面现象

3.4.2 SiCp/AZ91复合材料增强颗粒界面结合分析

3.4.3 SiCp/AZ91复合材料的断口形貌分析

3.5热挤压对SiCp/AZ91复合材料组织的影响

3.5.1 SiCp/AZ91复合材料挤压加热温度选取

3.5.2模具预热与润滑剂的选用

3.5.3挤压比和挤压速度

3.5.4热挤压对SiCp/AZ91复合材料显微组织的影响

3.6 SiCp/AZ91复合材料的硬度分析

3.7本章小结

4 B4Cp/AZ91复合材料的制备与性能研究

4.1 B4Cp/AZ91复合材料坯料的制备

4.1.1 B4C颗粒预处理及其对界面和颗粒分布均匀性的影响。

4.1.2半固态搅拌法制备B4Cp/AZ91复合材料

4.1.3 B4Cp/AZ91复合材料界面分析

4.2热挤压对B4Cp/AZ91复合材料组织与性能的影响

4.2.1挤压工艺和模具设计

4.2.2热挤压后B4Cp/AZ91复合材料显微组织分析

4.2.3热挤压后B4Cp/AZ91复合材料的XRD分析

4.2.4热挤压后组织的界面分析

4.3 B4Cp/AZ91复合材料性能研究

4.3.1 B4Cp/AZ91复合材料的力学性能

4.3.2 B4Cp/AZ91复合材料的物理性能

4.3.3 B4Cp/AZ91复合材料磨损性能

4.4本章小结

5结论

致谢

参考文献

在校学习期间所发表的论文