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漂珠/AZ91镁合金复合材料组织及压缩性能的研究

蒋志旭  
【摘要】:镁合金具有许多优异的性能:密度小、比强度比刚度高、良好的阻尼减震性能、机械加工方便、良好的导电性导热性及可铸性,特别是易于回收利用,具有环保特性,而且自然界中的镁资源十分丰富。因此,镁被公认为是面向21世纪的高新技术产业中最有希望被大量采用的金属材料之一,在航空航天、核能、汽车制造及电子通讯工业领域被广泛应用。但是镁合金存在着弹性模量低、强度低、耐磨性能差、耐热性能差等缺点,这极大地制约了镁合金的应用范围。向镁合金中加入高强度、高弹性模量、高熔点的纤维、晶须或颗粒等制成镁基复合材料,是提高镁合金性能的有效途径之一 漂珠是煤粉经火力发电燃烧后的产物,具有轻质、空心等特点,其主要成分是SiO2、Al2O3由于每年漂珠的排出量非常巨大,如果不加处理将会对环境造成污染。目前漂珠主要是用于建筑行业,用漂珠制作的加气混凝土、小型空心砌块及粉煤灰砖等建筑材料具有隔热、隔音、轻质等特点,非常符合现代的建筑环保的理念,不过这些只是利用了漂珠的物理性质,对于漂珠化学性质的利用到目前为止还很有限。纯Si02的价格比漂珠要高很多,而漂珠中Si02的含量超过60%,如果加以利用,这将是非常可观的资源。 目前,漂珠作为复合材料的添加物,在铝基复合材料中使用得较多,并且已取得了很多成果,但是在镁基复合材料中的应用却比较少。本文是通过在AZ91镁合金中添加漂珠,采用搅拌铸造法,通过原位反应生成增强相Mg2Si强化镁基复合材料,取得了以下研究结果: (1)对镁基复合材料的XRD图谱进行分析,了解复合材料的成分组成,并通过热力学计算验证了在镁合金中添加漂珠制备增强相Mg2Si的可行性。漂珠的主要成分Si02和A1203都可与镁基体发生反应,生成的产物为Mg2Si、Mg17Al12以及MgO,这与使用Si02制备镁基复合材料的产物相似,说明廉价的漂珠可以替代Si02作为镁基复合材料的添加材料,这为制备低成本的镁基复合材料提供了一个新的思路。 (2)增强相Mg2Si在镁基体中的形貌会随着漂珠添加量的增加由细小的汉字状向块状转变,其晶粒大小为50ΜM。而且镁基复合材料的密度会随着漂珠添加量的增加而增高,当添加漂珠量为12%时,镁基复合材料的密度为1.93g/cm3,依然具有镁合金低密度的特点。 (3)复合材料的硬度及耐磨性随着漂珠添加量的增加而增加,是由于增强相Mg2Si作为硬质点均匀地分布在复合材料中,可有效地限制复合材料的塑性变形,提高其硬度及耐磨性。 (4)增强相Mg2Si可有效提高镁基复合材料的压缩强度,但会减少其压缩应变量。漂珠经球磨处理后利用率会提高,而生成的Mg2Si会更加均匀地分布在复合材料基体中,进一步强化复合材料的压缩性能,当漂珠添加量为6%时,镁基复合材料的压缩性能最好。 (5)通过固溶处理,镁基复合材料的压缩性能可得到明显改善,脆硬的金属间化合物Mg17Al12会由晶界向镁基体中固溶,从而提高复合材料的塑性和压缩强度,由于Mg2Si熔点较高,固溶处理对Mg2Si的影响很小,当固溶温度为400℃时,固溶效果最佳。 (6)在高温下,镁基复合材料的压缩性能主要受加工硬化作用和动态再结晶的软化作用影响。压缩温度的升高增大了原子的动能,在弱化晶界对位错的阻碍作用的同时增强了复合材料的变形能力,这增强了复合材料的压缩应变量,减小了压缩强度。


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