镁基复合材料的研究发展现状与展望

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1、镁基复合材料的研究发展现状与展望——颗粒增强镁基复合材料课程名称：金属基复合材料学生姓名：学号:班级：日期：2010/12/267镁基复合材料的研究发展现状与展望——颗粒增强镁基复合材料摘要：镁基复合材料具有很高的比强度、比刚度以及优良的阻尼减震性能，是汽车制造、航空航天等领域的理想材料之一。本文综述了颗粒增强镁基复合材料的研究概况，镁基复合材料常用的基体合金和常用的增强相。着重介绍了其制备方法、力学以及阻尼性能，并对它的发展趋势进行了展望。关键词：镁基复合材料；制备方法；基体镁合金；颗粒增强体；性能1.前言与传统的金属材料相比，金属基复合材料

2、具有高的比强度、比刚度、耐高温、耐磨损耐疲劳、热膨胀系数小、化学稳定性和尺寸稳定性好等优异性能。金属基复合材料的增强体主要有长纤维、短纤维、颗粒和晶须等，其中颗粒增强金属基复合材料由于制备工艺简单、成本较低微观组织均匀、材料性能各向同性且可以采用传统的金属加工工艺进行二次加工等优点，已经成为金属基复合材料领域最重要的研究方向，正在向工业规模化生产和应用发展。颗粒增强金属基复合材料的主要基体有铝、镁钛、铜和铁等，其中铝基复合材料发展最快；由于镁的密度更低(1.74g／cm3)，仅为铝的2／3，具有更高的比强度、比刚度，而且具有良好的阻尼性能和电磁

3、屏蔽等性能，镁基复合材料正成为继铝基之后的又一具有竞争力的轻金属基复合材料。镁基复合材料因其密度小，且比镁合金具有更高的比强度、比刚度、耐磨性和耐高温性能，受到航空、航天、汽车、机械及电子等高技术领域的重视．自20世纪8O年代至现在，镁基复合材料已成为金属基复合材料的研究热点之一。颗粒增强镁基复合材料与连续纤维增强、非连续(短纤维、晶须等)纤维增强镁基复合材料相比，具有力学性能呈各向同性、制备工艺简单、增强体价格低廉、易近终成型、易机械加工等特点，是目前最有可能实现低成本、规模化商业生产的镁基复合材料。2．制备方法2．1粉末冶金法粉末冶金法是把

4、微细纯净的镁合金粉末和增颗粒均匀混合后在模具中冷压，然后在真空中将合体加热至合金两相区进行热压，最后加工成型得复合材料的方法。粉末冶金的特点：可控制增颗粒的体积分数，增强体在基体中分布均匀；制备温度较低，一般不会发生过量的界面反应。该法工艺设备较复杂，成本较高，不易制备形状复杂的零件。2.2熔体浸渗法包括压力浸渗、无压浸渗和负压浸渗。压力浸渗是先将增强颗粒做成预制件，加入液态镁合金后加压使熔融的镁合金浸渗到预制件中，制成复合材料采用高压浸渗，可克服增强颗粒与基体的不润湿情况，气孔、疏松等铸造缺陷也可以得到很好的弥补。无压浸渗是指熔的镁合金在惰性

5、气体的保护下，不施加任何压力对增强颗粒预制件进行浸渗。该工艺设备简单、成本低，但预制件的制备费用较高，因此不利于大规模生产。增强颗粒与基体的润湿性是无压浸渗技术的关键。负压浸渗是通过预制件造成真空的负压环境使熔融的镁合金渗入到预制件中。由负压浸渗制备的SiC／Mg颗粒在基体中分布均匀。72.3全液态搅拌法在保护气氛下，将增强颗粒加入熔融的镁合金基体中，再进行机械搅拌，最后浇铸成型。此方法设备以及工序简单，成本也较低，但在搅拌的过程中容易产生气孔，另外由于增强颗粒与基体的密度不同易发生颗粒沉积和团聚的现象：铸锭凝固后可以进行热挤压，可以改善基体和

6、增强颗粒间的界面完整性以及增强相在基体中的均匀分布，并且在挤压的过程中发生了动态再结晶，复合材料发生了明显的晶粒细化现象。2.4半固态搅熔铸造法半固态搅熔铸造法是指将增强颗粒加入由机械搅拌的半固态基体中，待混合均匀后升至熔点温度浇铸，凝固后得到镁基复合材料的方法。此方法可以避免全液态搅拌法易产生气孔和发生颗粒沉积及团聚的现象。该工艺较有利于大规模工业生产。2.5喷射沉积法此工艺首先用高压的惰性气体流将液态镁合金雾化，形成熔融状态的镁合金喷射流，同时将增强颗粒喷入镁合金喷射流中，使颗粒和基体的混合体沉积到衬底上，凝固后得到镁基复合材料：该工艺所制

7、备的复合材料颗粒在基体中分布均匀、凝固快、界面反应较少。3.镁基复合材料常用的基体镁合金和颗粒增强体3.1常用的基体镁合金镁基复合材料要求基体组织细小、均匀，基体合金使用性能良好．根据镁基复合材料的使用性能，对侧重铸造性能的镁基复合材料可选择不含Zr的铸造镁合金为基体；侧重挤压性能的则一般选用变形镁合金。这些基体镁合金主要有镁铝锌系(A731、AZ61、AZ91)、镁锌锆系、镁锂系、镁锌铜系(ZC71)镁锰系、镁稀土锆系、镁钍锆系和镁钕银系等。纯镁的强度较低，不适合作为基体，一般需要添加合金元素以合金化。主要合金元素有A1、Mn、Zn、Li、A

8、S、Zr、Th、Ni和稀土元素等。这些合金元素在镁合金中具有固溶强化、沉淀强化和细晶强化等作用，添加少量AI、Mn、Zn、Zr、Be等可以提高强度；M