原位合成制備Mg-,2-Si-AZ31鎂合金復(fù)合材料組織與性能的研究.pdf

1、鎂合金具有諸多優(yōu)良性能，使其在航天航空、汽車(chē)等交通工具行業(yè)、電子行業(yè)等很多國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用日益擴(kuò)大。但在許多應(yīng)用領(lǐng)域，由于鎂合金的絕對(duì)強(qiáng)度較低，達(dá)不到使用要求，限制其發(fā)展，在很多優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域中，并沒(méi)有大規(guī)模使用鎂合金。研究開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度鎂合金材料，是擴(kuò)大鎂合金材料在航天航空、軍工及交通工具等領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵?，F(xiàn)今，國(guó)內(nèi)外高性能鎂合金復(fù)合材料的制備工藝主要有普通鑄造法，攪拌鑄造法，擠壓鑄造，粉術(shù)冶金法，熔體浸滲法，大量開(kāi)發(fā)的增強(qiáng)相被證明

2、具有良好的強(qiáng)化作用，可以顯著的提高鎂合金材料的綜合性能。采用多次循環(huán)塑性變形方法制備高性能鎂合金材料，增強(qiáng)相在固相反應(yīng)過(guò)程中原位形成，與基體相容性良好、界面結(jié)合強(qiáng)度高，可以顯著提高多次循環(huán)塑性變形方法制備的鎂合金材料的力學(xué)性能。通過(guò)多次循環(huán)塑性變形制備Si/AZ31復(fù)合胚體，原位固相反應(yīng)形成Mg2Si/AZ31并通過(guò)擠壓成型制備得到復(fù)合材料，本論文系統(tǒng)研究了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能，深入分析了不同塑性變形次數(shù)以及不同Mg2Si含量對(duì)Mg

3、2Si/AZ31復(fù)合材料的微觀組織、力學(xué)性能的影響；研究了復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制以及延伸率的影響因素，并討論了Mg+Si→Mg2Si反應(yīng)原位合成機(jī)理。 多次塑性變形后，經(jīng)過(guò)固相反應(yīng)與熱擠壓成型技術(shù)，成功制備出高性能Mg2Si/AZ31復(fù)合材料，擠壓成型后的復(fù)合材料中主要存在Mg2Si與Mg基體，Al與Zn主要以固溶形式存在于Mg基體之中，而在復(fù)合材料中存在少許MgO相。復(fù)合材料中的Mg2Si相均勻的分布于基體之中，而且界面結(jié)合良好，

4、通過(guò)對(duì)比不同次數(shù)塑性變形制備而得的復(fù)合材料發(fā)現(xiàn)隨著塑性變形次數(shù)的增加，復(fù)合材料中的Mg2Si分布更加均勻，而且Mg2Si的尺寸也顯著下降。 多次循環(huán)塑性變形技術(shù)制備的復(fù)合材料具有優(yōu)異的性能，在200次塑性變形之后制備的復(fù)合材料的綜合性能最佳，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及延伸率分別達(dá)到367MPa，302MPa以及6.4％。通過(guò)對(duì)不同Si添加量制備的復(fù)合材料的研究，發(fā)現(xiàn)5wt.％Si添加量時(shí)的復(fù)合材料的綜合性能最佳，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)

5、度以及延伸率分別達(dá)到345MPa，267MPa以及5.9％。 在多次循環(huán)塑性變形制備的Mg2Si/AZ31復(fù)合材料的強(qiáng)化主要?dú)w因于以下兩個(gè)方面：1.多次循環(huán)塑性變形與隨后的擠壓成型工藝引起的晶粒細(xì)化；2.第二相的增強(qiáng)作用。影響Mg2Si/AZ31復(fù)合材料塑性的主要因素為以下三個(gè)方面：1.晶粒細(xì)化作用；2.第二相引起的脆性；3.由于織構(gòu)的出現(xiàn)引起的塑性下降。 通過(guò)Ozawa—Flynn-Wall(OFW)以及Kissing

6、er(KAS)非等溫反應(yīng)法測(cè)得Mg+Si→Mg2Si反應(yīng)激活能分別為212.5 kJ/mol以及209.7kJ/mol，而在AZ31中兩種方法測(cè)得Mg+Si→Mg2Si反應(yīng)激活能分別393.4 kJ/mol和426.5 kJ/mol，發(fā)現(xiàn)在AZ31中Mg+Si→Mg2Si反應(yīng)激活能較高，反應(yīng)難度增大；經(jīng)過(guò)用Coats-Redfern方程計(jì)算，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)模型Avrami方程(A6)所對(duì)應(yīng)的g(α)：[-ln(1-α)]1/2求出的激活能41

7、0.3kJ/mol，其激活能E值與非模型方法計(jì)算而得的E值最接近。根據(jù)反應(yīng)機(jī)理函數(shù)的表達(dá)式可知非等溫反應(yīng)為形核長(zhǎng)大控制過(guò)程。通過(guò)對(duì)固相反應(yīng)產(chǎn)物微觀組織的觀察，發(fā)現(xiàn)在固相反應(yīng)中，Mg+Si→Mg2Si的反應(yīng)卻是屬于形核長(zhǎng)大機(jī)制，而反應(yīng)后產(chǎn)物的微觀組織在界面處呈現(xiàn)臺(tái)階狀。 通過(guò)對(duì)復(fù)合材料延伸率的研究，發(fā)現(xiàn)在200次塑性變形時(shí)制備的復(fù)合材料的塑性最好，而在Si添加量增加的同時(shí)，材料的延伸率一直下降。而通過(guò)對(duì)復(fù)合材料斷口的觀察，發(fā)現(xiàn)材料