粉末冶金法制备硼酸镁晶须增强镁基复合材料的研究

摘要

本文采用粉末冶金的方法，分别制备了以Mg和AZ91为基体、硼酸镁晶须为增强相的复合材料，对制备过程中各个阶段的工艺参数进行了优化；研究了晶须表面镀镍的工艺及其对复合材料界面结合的影响，讨论了晶须的加入对复合材料显微硬度、布氏硬度和摩擦磨损性能的影响，对复合材料受拉伸载荷时的应力场进行了有限元分析。 球磨过程采用行星式球磨机，配以不同尺寸的钢球，选择球料比8:1，转速800r/min，时间1h的工艺参数，可以对粉末进行一定程度的细化：冷压过程采用冷等静压的方法比较有利于复合材料的制备；探讨了不同粉末的压制压力与压坯密度关系曲线，得到了在100-400MPa压力范围内，与理论相符合的结果；烧结实验分别采用了400℃、450℃、500℃、550℃的烧结温度，结果表明在450-500℃范围内烧结时，可以获得较好的微观组织与性能的结合。 化学镀镍可在晶须表面形成了0.1-1μm厚的Ni-P层。与原始晶须相比，镀镍后的晶须与基体的界面结合更加紧密，并在SEM照片中观察到了过渡层的形成。 硬度实验表明，合金化过程对于材料性能的提高有着重要影响；镀镍晶须的加入一方面会改善材料的性能，另一方面还能够减少高温烧结时晶须表面的过量氧化以及与基体间由于热应力引起的开裂倾向。 摩擦磨损实验结果表明，Mg和AZ91的摩擦磨损机制以粘着磨损为主：Mg-Mg2B2O5w、Mg-Mg2B2O5w(Ni)、AZ91-Mg282O5w三种材料以磨粒磨损为主要的磨损机制，并伴有氧化磨损；AZ91-Mg2B2O5w(Ni)复合材料则呈现复杂的混合磨损机制。 有限元分析表明，晶须较好地发挥了分担载荷的作用，但晶须的存在使基体中的产生应力集中。镀镍层的存在可以起到缓和应力集中的作用，使界面失效的危险性降低。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1镁及镁合金

1.1.1镁的性质及用途

1.1.2镁合金的性质、分类及应用

1.2镁合金的强化途径

1.2.1合金化及热处理强化

1.2.2亚稳态及非晶态强化

1.2.3复合强化

1.3镁基复合材料及其研究概况

1.3.1基体的分类

1.3.2增强相的分类

1.3.3不同增强相与镁基体的界面行为

1.4镁基复合材料的制备方法

1.4.1熔体浸渗法

1.4.2粉末冶金法

1.4.3喷射沉积法

1.4.4搅拌铸造法

1.4.5原位反应自生法

1.5镁基复合材料的发展趋势

1.6课题的提出及研究内容

1.6.1课题提出的背景

1.6.2本课题的研究内容

第二章实验材料及方法

2.1实验材料

2.1.1粉末冶金原材料

2.1.2晶须表面化学镀镍镀液配方

2.1.3其他药品

2.2实验设备及测试仪器

2.2.1实验设备

2.2.2测试仪器

2.3试样制备过程

2.3.1配粉

2.3.2球磨

2.3.3试样的压制

2.3.4烧结实验

2.4性能测试

2.4.1密度测试

2.4.2硬度测试

2.4.3摩擦磨损性能测试

2.4.4显微组织观察

2.4.5成分分析

第三章复合材料制备工艺的优化

3.1球磨工艺的确定

3.1.1球磨环境的选择

3.1.2球磨过程现象分析

3.1.3球磨后粉末放热及燃烧现象分析

3.1.4工艺参数的选择

3.2粉末冷压工艺的确定

3.2.1压制压力的确定

3.2.2冷压实验现象分析

3.2.3压制压力与压坯密度关系

3.3烧结工艺的确定

3.3.1烧结温度对试样微观组织的影响

3.3.2压制压力对于试样微观组织的影响

3.3.3不同材料的烧结试样微观组织

3.4小结

第四章复合材料的微观组织与性能

4.1复合材料的微观组织

4.1.1冷压试样裂纹观察

4.1.2晶须镀镍过程中的形貌变化

4.1.3晶须与基体的界面结合

4.2复合材料硬度测试

4.2.1显微硬度

4.2.2布氏硬度

4.3摩擦磨损行为

4.3.1摩擦磨损性能

4.3.2磨痕形貌

4.3.3磨屑微观结构

4.4 Mg282O5晶须增强镁基复合材料应力场的有限元分析

4.4.1几何模型

4.2.2网格划分

4.2.3边界条件

4.2.4材料性能

4.2.5有限元模拟结果分析

第五章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢