攪拌摩擦加工制備Al-,2-O-,3-、Ti顆粒增強(qiáng)AZ31鎂基復(fù)合材料及其力學(xué)性能.pdf

1、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（MMC）中是一種應(yīng)用廣泛的新型材料。由于其優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，高耐磨性，高比剛度等力學(xué)性能和良好的可加工性等優(yōu)點(diǎn)，已在航空航天、汽車和其它制造業(yè)作為結(jié)構(gòu)材料得到了廣泛應(yīng)用。與鋁基復(fù)合材料相比，鎂基復(fù)合材料具有更低的密度，在航空航天、汽車等工業(yè)領(lǐng)域具有更廣闊的應(yīng)用前景。但是由于顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備問題尚未得到良好的解決，從而制約了它的應(yīng)用和發(fā)展。英國焊接研究所（TWI）提出了攪拌摩擦焊接（FSW）的專利技術(shù)，這是

2、一種新型的固相連接技術(shù)，與傳統(tǒng)的焊接方法相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被應(yīng)用于許多材料的連接。近年來，在FSW基礎(chǔ)上發(fā)展起來的攪拌摩擦加工工藝（FSP），在Al、Mg等材料表面局域改性方面取得了較好的研究成果，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。 本文利用攪拌摩擦加工工藝（FSP）制備了鈦顆粒與Al2O3顆粒增強(qiáng)AZ31鎂基復(fù)合材料。攪拌摩擦加工工藝為：采用GT35硬質(zhì)合金鋼制作攪拌頭的前端攪拌針，使用45號(hào)鋼做成基座。攪拌摩擦加工工藝所用轉(zhuǎn)速為80

3、0r/min，前進(jìn)速度為45mm/min，攪拌頭傾角為1.5°。 對(duì)利用FSP方法制備的Al2O3和Ti顆粒增強(qiáng)的AZ31鎂基復(fù)合材料進(jìn)行顯微組織分析與力學(xué)性能測(cè)試，并對(duì)復(fù)合層的晶粒細(xì)化機(jī)制及相應(yīng)的強(qiáng)化機(jī)制進(jìn)行分析討論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入Al2O3顆粒與加入40vol％Ti顆粒的復(fù)合層，其抗拉強(qiáng)度較基體有較大提高，加入強(qiáng)化相Al2O3顆粒平均尺寸為15nm加入量為5vol％的復(fù)合層，其室溫抗拉強(qiáng)度可提高至220MPa，延伸率為1

4、3％。四組樣品的屈服強(qiáng)度隨溫度的升高呈下降趨勢(shì)。利用SEM觀察復(fù)合層顯微組織，在攪拌摩擦加工與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的雙重作用下晶粒尺寸細(xì)化至3～5μm，強(qiáng)化相Al2O3顆粒與Ti顆粒在攪拌頭的作用下分別發(fā)生不同程度的團(tuán)聚與碎化，Al2O3顆粒團(tuán)聚尺寸為120nm～500nm；碎化后Ti顆粒尺寸為200nm。X射線衍射結(jié)果表明含有Al2O3顆粒的復(fù)合層在攪拌摩擦加工過程中與基體發(fā)生界面反應(yīng)生成尖晶石型化合物MgAl2O4，對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行拉伸斷口分析