Mg_2Si/Al内生颗粒增强复合材料的研究进展

摘要

根据铝与Mg_2Si的共晶反应而制备的Mg_2Si/Al内生颗粒增强复合材料具有密度小、热稳定性高、增强体分布均匀、切削加工性和成型性能良好等优点,受到了国内外的广泛关注。这一材料的关键问题在于其中的Mg_2Si相为小晶面长大模式,尺寸粗大、形貌规则,导致复合材料脆性严重,通常情况下其伸长率不足1.5%。本文对这一材料的变质处理、材料体系、成型与制备技术三方面进行了综述。Mg_2Si的变质与细化研究是这一领域最为活跃的方面,研究证明,几乎所有在铝合金中具有变质作用的元素对Mg_2Si都有一定的变质作用,其中变质作用最为显著的是稀土元素、碱金属和碱土金属以及B、Sb、Ti、Mn、Ni等微合金化元素。Al/Mg_2Si的形貌通过恰当的变质处理,铸态Mg_2Si/Al内生颗粒增强复合材料的强度可以达到280MPa,伸长率可以达到约4%,显著高于基体材料的铸造性能。材料体系的选择方面的研究比较薄弱,主要集中在铝镁硅合金系,Mg_2Si含量以15%的近共晶成分为多,过共晶体系中Mg_2Si含量最高也没有超过30%。材料成型与改性方面的研究也只是刚刚开始,这一材料无一例外都是凝固成型。研究发现,凝固前的熔体过热处理和搅拌等熔体预处理都可以改善Mg_2Si的形貌和尺寸,粗大的初生Mg_2Si的平均尺寸可以细化到约40μm;低过热浇注及凝固过程加压和快冷可以显著改善Mg_2Si的尺寸和形貌,在快速凝固条件下,Mg_2Si将由小晶面长大模式转变为非小晶面连续长大模式;凝固后的热变形以及热处理也能显著改善其微观组织和性能。内生Mg_2Si/Al复合材料的成型技术研究比较薄弱,其中,挤压铸造Mg_2Si/Al复合材料具有突出的优势,挤压铸造的A380铝合金-Mg_2Si复合材料,平均尺寸由75μm降为30μm,形状系数由0.77降为0.22。