納米晶LPSO相顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料制備工藝及力學(xué)性能研究.pdf

1、長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)(Long Period Stacking Order,LPSO)因其高硬度、高彈性模量、高熱穩(wěn)定性以及與鎂基體界面共格良好等特點近年來受到了科研界的廣泛關(guān)注。但目前大部分對于LPSO相的研究為原位自生方法生成，且LPSO相僅能存在于Mg-TM-RE體系中，這極大地限制了LPSO相合金的應(yīng)用。本文以納米晶LPSO粉末(LPSOp)為增強(qiáng)相，分別以Mg與AZ91合金為基體，制備了納米晶LPSOp增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，在提升復(fù)

2、合材料強(qiáng)度的同時也拓展了LPSO相應(yīng)用領(lǐng)域。具體方法為:采用常規(guī)鑄造法制備出鑄態(tài)組織含100％LPSO相的Mg85Zn6Y9(at.％)中間合金，銑床初次破碎后在SPEX8000高能球磨機(jī)中球磨成納米晶粉末，詳細(xì)研究了球磨時間及退火工藝對LPSOp組織與性能的影響。選取低于200目的LPSOp分別采用超高壓(SHP)與放電等離子體燒結(jié)(SPS)方法將其分別同Mg與AZ91基體復(fù)合制備鎂基復(fù)合材料并系統(tǒng)的研究了LPSOp含量及熱處理對復(fù)合

3、材料微觀組織結(jié)構(gòu)與室溫力學(xué)性能的影響。
　　研究結(jié)果表明:可以利用高能球磨法將鑄態(tài)Mg85Zn6Y9合金成功制備成納米晶LPSOp，高能球磨可顯著降低LPSOp的粒徑，細(xì)化晶粒，提高硬度，其中LPSOp顯微硬度提高主要歸因于球磨過程中晶粒細(xì)化、LPSO相與納米W相團(tuán)簇的協(xié)同強(qiáng)化作用。此外，LPSOp塊體試樣的顯微硬度對退火溫度不敏感，表明LPSOp具有良好的熱穩(wěn)定性。通過SHP法制備的LPSOp/Mg復(fù)合材料，致密度極高，LPSO

4、p的加入有利于提升復(fù)合材料的力學(xué)性能，經(jīng)400℃×1h退火處理后使LPSOp中的LPSO相析出，復(fù)合材料的室溫抗壓強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均有不同程度的提高，其中添加了30wt％LPSOp的復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度分別為225MPa與360MPa，比基體合金提升了150％。LPSOp/Mg復(fù)合材料主要強(qiáng)化機(jī)制歸因于準(zhǔn)連續(xù)網(wǎng)狀增強(qiáng)、界面載荷傳遞、彌散強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化與細(xì)晶強(qiáng)化等。對SPS法制備的LPSOp/AZ91復(fù)合材料，致密度可達(dá)97％以上，

5、但隨LPSOp含量提高，致密度有降低趨勢，燒結(jié)態(tài)的復(fù)合材料屈服強(qiáng)度明顯高于AZ91鎂合金。經(jīng)400℃×24h固溶處理后的LPSOp/AZ91復(fù)合材料在塑性提升的同時，屈服強(qiáng)度基本保持不變;20wt％LPSOp添加量可獲得最佳性能，經(jīng)固溶處理后的屈服強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度分別從200MPa和430MPa轉(zhuǎn)變?yōu)?30MPa和400MPa。此外，LPSOp經(jīng)固溶處理后仍維持在較高硬度水平，表明LPSOp具有較好的高溫性能。LPSOp/AZ91復(fù)合材料