B4C-AZ91復(fù)合材料組織與性能研究.pdf

1、本文采用壓力浸滲法制備了增強(qiáng)體粒徑分別為4.5μm和17.5μm，體積分?jǐn)?shù)分別為50％和55%的碳化硼顆粒增強(qiáng)AZ91鎂基復(fù)合材料，此外還對(duì)增強(qiáng)體顆粒進(jìn)行了預(yù)氧化處理(T=600℃，t=5min)，制備了體積分?jǐn)?shù)為50%的B4C/Mg復(fù)合材料。利用光學(xué)顯微鏡和分析天平分析了六種B4Cp/Mg復(fù)合材料的顯微組織和密度，利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、萬能電子試驗(yàn)機(jī)、熱膨脹儀等研究了復(fù)合材料的微觀組織、

2、力學(xué)性能、熱膨脹性能和尺寸穩(wěn)定性，探討了增強(qiáng)體粒徑、體積分?jǐn)?shù)、預(yù)氧化處理等因素對(duì)復(fù)合材料性能的影響規(guī)律。
　　微觀組織觀察表明，復(fù)合材料組織致密，B4C顆粒在復(fù)合材料內(nèi)的宏觀分布比較均勻，沒有明顯的氣孔、偏聚等缺陷；透射電鏡(TEM)分析發(fā)現(xiàn)B4C/Mg界面處生成MgB2，通過對(duì)反應(yīng)吉布斯自由能的計(jì)算，證明界面處發(fā)生了B2O3(l)+4Mg(l)→MgB2(s)+3MgO(s)反應(yīng)。由于B2O3熔點(diǎn)低(450℃)，在鑄造過程中部分

3、B2O3融入Mg基體中，在基體中也生成了MgB2，其生成量與單位體積中界面面積Ic大小及B4C表面B2O3生成量有關(guān)；由于鑄造過程中熱錯(cuò)配應(yīng)力的存在，導(dǎo)致了復(fù)合材料中位錯(cuò)的生成，并在顆粒尖角處有大量位錯(cuò)聚集。
　　對(duì)B4C/Mg復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)性能分析發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料與基體鎂合金相比，抗彎強(qiáng)度提高約400MPa，彎曲模量增加約70GPa；增強(qiáng)體粒徑、體積分?jǐn)?shù)、和預(yù)氧化處理對(duì)材料力學(xué)性能影響的規(guī)律不明顯，影響材料力學(xué)性能的主要因素為復(fù)

4、合材料中單位體積中界面面積Ic及界面反應(yīng)程度，Ic和界面反應(yīng)過大或過小都不利于提高材料力學(xué)性能。
　　熱膨脹及尺寸穩(wěn)定性的研究表明復(fù)合材料與基體鎂合金相比，微屈服強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性分別提高了2倍和1倍，熱膨脹系數(shù)降低1倍；增強(qiáng)體顆粒粒徑的減小、體積分?jǐn)?shù)的增加和對(duì)增強(qiáng)體預(yù)處理可明顯提高復(fù)合材料微屈服強(qiáng)度和熱循環(huán)尺寸穩(wěn)定性，降低熱膨脹系數(shù)。其原因主要是上述因素導(dǎo)致材料中位錯(cuò)密度的增加，位錯(cuò)密度的增加導(dǎo)致了屈服強(qiáng)度的增加，從而出現(xiàn)了上述影