鈣鎂磷肥、YbT和NaPO4變質(zhì)處理及熱處理對(duì)鎂-鋁基復(fù)合材料中Mg2Si增強(qiáng)相的影響.pdf

1、目前金屬基復(fù)合材料(MMC)在汽車工業(yè)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注，目的是為了減輕汽車重量和節(jié)約能耗。與外加增強(qiáng)體制備復(fù)合材料相比，原位合成復(fù)合材料的增強(qiáng)相在基體內(nèi)反應(yīng)生成，具有尺寸小、界面潔凈無污染、熱穩(wěn)定性好、與基體相容性好、制備成本低等優(yōu)點(diǎn)，已成為金屬基復(fù)合材料中的一個(gè)重要發(fā)展方向。Mg2Si具有低密度(1.99×103Kg/m3),高彈性模量(120GPa)，高熔點(diǎn)(1085℃)，高硬度(4500 MN/m2)，和低熱膨脹系數(shù)(7.5×1

2、0-6K-1)等優(yōu)點(diǎn)，是顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(PMMCs)的一個(gè)理想增強(qiáng)相。然而，在普通重力鑄造條件下，Mg2Si/(Mg/Al)顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中的過共晶Mg2Si增強(qiáng)相通常表現(xiàn)出粗大的樹枝狀或多邊形狀，共晶Mg2Si則呈現(xiàn)出漢字狀。并且它們的形貌、尺寸和分布對(duì)試驗(yàn)合金的性能影響非常很大。粗大的Mg2Si相則會(huì)使合金的力學(xué)性能惡化，細(xì)小、彌散分布的Mg2Si相將顯著提高合金的綜合力學(xué)性能。為改善Mg2Si相的形貌，國(guó)內(nèi)外的研究

3、者對(duì)Mg2Si相的細(xì)化進(jìn)行了大量研究。其中變質(zhì)處理是一種工藝簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的方法，有不少研究已經(jīng)取得了良好的效果。已有的研究表明，添加少量合金元素 Sb、Ca、KBF4、Y、P和RE等可細(xì)化合金組織中的粗大Mg2Si相，從而使合金性能得到改善提高。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴添加3.0wt.%~6.0wt.%的鈣鎂磷肥變質(zhì)劑到 Mg2Si/Mg-4Si復(fù)合材料中，可以有效的變質(zhì)細(xì)化復(fù)合材料組織中的初生Mg2Si顆粒。當(dāng)添加4.0wt.

4、%的鈣鎂磷肥變質(zhì)劑到Mg2Si/Mg-4Si復(fù)合材料中時(shí)，其組織中初生Mg2Si顆粒的形貌由未變質(zhì)的粗大樹枝狀變?yōu)榧?xì)小的多邊形狀，并且其尺寸由277μm減小到17μm。⑵鈣鎂磷肥變質(zhì)劑的變質(zhì)機(jī)理可能為，凝固時(shí)熔體中反應(yīng)生成的含 P與含Ca化合物作為初生Mg2Si顆粒的異質(zhì)核心，進(jìn)而提高了初生Mg2Si的形核率，從而改變了初生 Mg2Si顆粒的形貌和大小。當(dāng)添加4.0wt.%的鈣鎂磷肥變質(zhì)劑到Mg2Si/Mg-4Si復(fù)合材料中時(shí)，其極限抗

5、拉強(qiáng)度與延伸率由未變質(zhì)時(shí)的78.7MPa與2.1%分別提高到105.2MPa與2.6%,分別提高了33.67%與23.80%。⑶Mg2Si/Mg-2Si復(fù)合材料中初生Mg2Si相經(jīng)不同含量Yb或Na3PO4單獨(dú)變質(zhì)后，復(fù)合材料中多邊形塊狀的初生 Mg2Si相改變?yōu)榇执蟮臉渲睿⑶页叽缫搽S之增大。這可能是由于Yb或Na3PO4單獨(dú)的加入，擴(kuò)大了初生Mg2Si的凝固區(qū)間，從而使初生Mg2Si相有足夠的時(shí)間長(zhǎng)大。⑷Yb和Na3PO4復(fù)合變質(zhì)

6、處理可以有效的細(xì)化Mg2Si/Mg-2Si復(fù)合材料組織中的初生Mg2Si相。當(dāng)Na3PO4的含量固定為2.64wt.%時(shí)，隨著Yb含量的增加，初生Mg2Si顆粒與α-Mg相的尺寸先減小然后又逐漸增大。當(dāng)Yb和Na3PO4的含量分別為0.8wt.%和2.64wt.%時(shí)，Mg2Si/Mg-2Si復(fù)合材料中初生Mg2Si的尺寸最小約為9.40μm。熔液中反應(yīng)生成的YbP顆粒作為Mg2Si相形核基底，大大增加了初生Mg2Si相的形核率，從而使M

7、g2Si相得到細(xì)化。⑸添加2.64wt.%Na3PO4到Mg2Si/Al-20Mg2Si-3Si復(fù)合材料中，對(duì)粗大樹枝狀的初生 Mg2Si相有良好的變質(zhì)效果，使其由原來的粗大樹枝狀變?yōu)榧?xì)小彌散的六面體顆粒。其變質(zhì)機(jī)理可能是熔體中反應(yīng)生成的AlP顆粒作為初生Mg2Si顆粒的異質(zhì)核心。⑹經(jīng)過2.64wt.%Na3PO4和0.8wt%Yb復(fù)合變質(zhì)后的 Mg2Si/Al-20Mg2Si-3Si復(fù)合材料，其基體中粗大樹枝狀的初生 Mg2Si相由原