SiC p-AZ91D復(fù)合材料真空氣壓浸滲機(jī)理及界面結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、鎂基復(fù)合材料由于陶瓷顆粒的加入使其在保持鎂合金輕質(zhì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,還具有高強(qiáng)度、高模量、優(yōu)異的阻尼減振性能及低的熱膨脹系數(shù)，是繼鋁基復(fù)合材料之后，成為輕量化、高性能結(jié)構(gòu)材料中的又一有力競爭者，在航空航天、國防、汽車及電子等領(lǐng)域的應(yīng)用具有極大潛力，已成為目前國際上輕量化結(jié)構(gòu)材料開發(fā)的熱點(diǎn)之一。
　　本文以AZ91D鎂合金為基體，分別以顆粒粒徑尺寸為11、14、21、33、47μm的碳化硅顆粒為增強(qiáng)相，采用真空氣壓浸滲法制備了SiCp/

2、AZ91D復(fù)合材料。研究了真空及大氣壓力條件下SiC陶瓷多孔層對鎂熔體的阻燃保護(hù)機(jī)理，利用電極觸點(diǎn)測試法對真空氣壓浸滲下鎂合金熔體在SiC預(yù)制體中的浸滲形態(tài)、浸滲速度變化規(guī)律進(jìn)行了研究，并對SiCp/AZ91D復(fù)合材料的顯微組織和界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。得到的主要結(jié)論如下：
　　1、在AZ91D熔體真空及大氣壓力浸滲過程中，采用SiC陶瓷多孔層可以有效地抑制鎂的揮發(fā)和燃燒，起到了阻燃保護(hù)作用，實(shí)現(xiàn)了無污染鎂熔體阻燃保護(hù)；同時，還有效地

3、消除了傳統(tǒng)的鎂基復(fù)合材料浸滲制備中容易存在的夾雜、氣孔等缺陷。另外，還發(fā)現(xiàn)陶瓷多孔層的特征參數(shù)（多孔層等效孔徑大小及其層高）對鎂阻燃效果和氧化燒損有著重要的影響；表現(xiàn)為，SiC陶瓷多孔層的孔徑越小、層高越高，其阻燃保護(hù)效果越好；在鎂熔體浸滲溫度973K、浸滲時間120min和浸滲壓力300KPa的條件下，在SiC陶瓷多孔層的孔徑大小為5.28μm，層高20mm，鎂的燒損率為11.5％；相比RJ-2熔劑覆蓋保護(hù)，鎂的燒損率要低，并解決了R

4、J-2熔劑保護(hù)中熔劑夾雜的難題。
　　2、SiC預(yù)制體的等效孔徑大小是影響鎂熔體的浸滲速度主要因素，且浸滲速度與預(yù)制體的孔徑大小成正比；預(yù)制體等效孔徑尺寸de=8.30μm為平均浸滲速度的臨界尺寸，當(dāng)預(yù)制體等效孔徑尺寸de<8.30μm時，平均浸滲速度增大趨勢較為平緩；當(dāng)預(yù)制體等效孔徑de>8.30μm時，平均浸滲速率急劇增大；鎂熔體浸滲SiC預(yù)制體屬于小雷諾數(shù)流動。在浸滲溫度為973K、浸滲時間為120min和浸滲壓力為300K

5、Pa的實(shí)驗條件下，鎂熔體對五組預(yù)制體浸滲時的雷諾數(shù)Re分別為：9、18、48、83、748?？梢?，SiC預(yù)制體的等效孔徑為2.77μm時屬于層流態(tài)，其余均屬于紊流態(tài)。真空氣壓浸滲下鎂合金熔體在SiC預(yù)制體中的流動浸滲方式是鎂熔體以分層浸滲的方式進(jìn)行，先發(fā)生附壁效應(yīng)，鎂合金熔體快速沿模具外壁包覆預(yù)制體；隨后鎂合金熔體優(yōu)先填充浸滲預(yù)制體中的較大孔隙，即分別將預(yù)制體分割成多個未浸滲區(qū)域；最后，鎂合金熔體在壓力作用下緩慢從四周向中心的方式對小孔

6、隙進(jìn)行浸滲，并最終完成對預(yù)制體的完全浸滲。
　　3、顯微組織和界面結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)：復(fù)合材料組織致密、增強(qiáng)相顆粒的分布均勻，顆粒的形貌完整，無明顯孔洞及夾雜等鑄造缺陷；對采用真空氣壓浸滲法制備的SiC顆粒增強(qiáng)AZ91D復(fù)合材料在透射電子顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，其界面平直、界面結(jié)合良好，基體與顆粒之間無化學(xué)反應(yīng)，但存在著大小、形狀不等的析出物，經(jīng)電子衍射和EDS能譜分析為Mg2Zn11、MgO相；并給出了Mg2Zn11相顆粒與SiC之間存在的

7、晶體學(xué)取向關(guān)系為：（012）SiC//（021）Mg2Zn11，[221]SiC//[124]Mg2Zn11；在近界面區(qū)域也有Mg2Zn11、MgO相存在，并且與鎂基體存在一定的晶體學(xué)位向關(guān)系：Mg2Zn11相與Mg的位相關(guān)系為（111）Mg//（520）Mg2Zn11，[781]Mg//[258]Mg2Zn11；MgO與Mg的位相關(guān)系為（206）Mg//（044）MgO，[040]Mg//[011]MgO；同時，在SiC/Mg復(fù)合材料