原位镁基复合材料制备及流变成形研究

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1、摘要与其他金属结构材料相比，镁合金及其复合材料具有比强度、比刚度高，减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工等一系列优点，在汽车、航空航天等领域具有极其重要的应用价值和广阔的前景。复合材料的制备可分为外加复合法和原位生成法，与外加复合法相比，原位自生镁基复合材料的增强相在基体内反应生成，具有尺寸小、界面洁净无污染、热稳定性好、与基体相容性好及制备成本低等优点，已成为金属基复合材料中的一个重要发展方向。金属基复合材料在提高强度、硬度的同时，却降低了塑性，不利于复合材料的二次塑性加工，而传统铸造又易产生氧化

2、夹渣、缩孔缩松等缺陷，半固态成形技术和理论不断成熟与发展，为金属基复合材料的成形提供了新的途径。本文采用原位自生法制备了M92Si／AM60镁基复合材料，并对其进行了半固态流变成形研究。主要研究研究内容和获得的成果如下：从热力学和动力学两方面，探讨了原位生成M92Si的机制，建立了体系原位生成M92Si的动力学模型，推导了反应的动力学方程，得出影响反应速度的主要因素为：体系温度、结晶Si颗粒的大小以及扩散中间层的厚度。研究了不同结晶Si含量对原位自生M92Si／AM60镁基复合材料组织性能的影响，确定了结

3、晶Si的最佳加入量，深入分析了该复合材料的强化机理，发现增强相M92Si以中国汉字状、板块状及树枝状的形态存在于基体中。研究了合。金元素对M92Si增强相的形态和分布及其对复合材料性能的影响，发现加入合金元素后中国汉字状的增强相转变为颗粒状，并均匀地分布于合金当中，且合金元素的加入量有一个最佳值。采用机械搅拌的方法，制备了M92Si／AM60镁基复合材料半固态组织坯料，研究了不同工艺参数(如：剪切温度，剪切时间和剪切速率)对该复合材料半固态组织的影响规律，从理论和工艺上分析探讨了该复合材料晶粒球化细化的机

4、制，发现机械搅拌可以抑制枝晶的生长，减小游离晶的长度，促进型壁晶的游离，并根据M—S理论，分析发现机械搅拌利于晶粒的球化。测定了半固态M92Si／AM60镁基复合材料的稳态表观粘度，揭示了不同工艺参数(如：M92Si的体积分数、剪切温度、剪切时间和剪切速率)对半固态摘要M92Si／AM60镁基复合材料的稳态表观粘度的影响规律，并建立了半固态M92Si／AM60镁基复合材料的流变模型。在计算机模拟软件二次开发的平台上，将上述建立的稳态表观粘度模型嵌入模拟软件，成功地模拟了M92Si／AM60镁基复合材料圆盘

5、件的半固态流变成形的充型凝固过程，并对可能出现的铸造缺陷进行了预测，为流变压铸工艺提供了理论指导。进行了该复合材料的流变压铸试验，分析了铸件的微观组织特征。与液态压铸相比，半固态流变压铸可改善铸件的微观组织。关键词：原位自生；M92Si增强颗粒；复合材料；半固态；表观粘度；流变成形nAbstractMagnesiumalloyanditscompositeshaveagreatpotentialtObeappliedinautomobileandaerospaceindustriesbecauseofth

6、eirlightweight,hi曲specificstrength,excellentanti—shockandgoodmachineabilitycomparedtootherstructuralmetals．111efabricationofmagnesiumcompositesincludesexsitu．methodandinsitumethod．Comparedtotheconventionalcompositesfabricatedbyexsitumethod,theinsitusynthe

7、sizedcompositesexhibitthefollowingadvantages，suchasfinergrains，cleanerreinforcementsandmatrixinterface，betterthermodynamicsstability,betterwetabilityandlowercostandSOon，whichmakesitbecomeanimprotantdevelopmentdirectionoffabricationmagnesiumcomposites．Meta

8、llicmatrixcompositesreducetheplasticity，thusmakingagainstthesecondplastictyprocessing，despitetheincreasingofthehardnessandstrength．Andconventionalcastingispronetohavethedefectsofoxideinclusionandshrinkagecavityandpo