颗粒增强镁基复合材料制备工艺及性能研究

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1、摘要镁基复合材料具有其他复合材料不可比拟的物理和力学性能，例如密度小、高的比强度、尺寸稳定等，被认为是继铝基复合材料之后又一具有竞争力的轻金属基复合材料。因此，有必要对其制备方法、组织结构和力学性能进行理论研究，以期为发展新型的具有优良性能的镁基复合材料提供可靠的理论依据。本文用全液态搅拌法制备出了颗粒增强镁基复合材料B4Cp/AZ91D复合材料、B4Cp/ZM5复合材料和(B4Cp+SiCp)/ZM5复合材料。采用金相显微镜、扫描电镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）、能谱分析（EDS）等手段对复合材料的组织和性能

2、以及断口形貌进行了分析。实验以B4C颗粒增强AZ91D镁合金为对象进行工艺摸索，试探了不同搅拌速度、搅拌温度、搅拌器转速等工艺因素对B4Cp/AZ91D复合材料中颗粒分布均匀性的影响。然后在B4Cp/AZ91D复合材料的制备工艺基础上进行改善，制备颗粒粒度较小的B4C颗粒和SiC颗粒双相混杂增强ZM5镁合金。研究发现，经过活性剂处理过的增强颗粒与镁合金基体有较好的润湿性，颗粒能较好的分布于基体合金中，并与基体有较好的界面结合。同时发现，在制备B4Cp/AZ91D复合材料时，颗粒较大时，颗粒相对较容易进入熔体中，同时需

3、要的搅拌速度也可以适当小些；在制备B4Cp/ZM5复合材料和(B4Cp+SiCp)/ZM5复合材料时所用颗粒较小，颗粒不像制备B4Cp/AZ91D复合材料那样容易进入熔体，需要适当提高搅拌速度。同时发现搅拌叶轮的放置位置对颗粒进入熔体也有影响。实验用全液态搅拌铸造法制备出的复合材料相比基体材料，在抗拉强度、耐磨性能、硬度均有所提高，其中（7.5%B4Cp+7.5%SiCp）/ZM5复合材料相对其它复合材料性能较好，抗拉强度为215MPa，硬度达到76HB。但是，ZM5镁合金及对复合材料进行耐腐蚀实验发现，添加增强颗粒

4、后材料的耐腐蚀性能出现了下降，并且随着增强颗粒的加入量增大，耐腐蚀性能变差。对复合材料的磨损实验发现，复合材料由于增强相为硬质颗粒，所以耐磨性能相比基体合金ZM5镁出现了提高。关键词：全液态搅拌铸造；镁基复合材料；增强颗粒；显微组织IVABSTRACTMagnesiummatrixcompositeshasgoodphysicalandmechanicalpropertiessuchaslowdensity,highspecificstrength,steadydimensionwhicharebetterthano

5、thercomposites.ItisconsideredasacompetitivelightmetalbasedcompositematerialsafterAl-basedcompositematerials.Therefore,it’snecessarytotheoreticallyinvestigateitspreprationmethods,structureandmechanicalproperties.Meanwhilethereliabletheoryisprovidedtodevelopnew-s

6、tyleMg-basedcompositeswhichhaveexcellentproperties.ParticulatereinforcedmagnesiumalloymatrixcompositesB4Cp/AZ91D,B4Cp/ZM5and(B4Cp+SiCp)/ZM5weresuccessfullyfabricatedbyliquidstirringmethod.Thecomposites’structure,propertiesandfracturemorphologywereanalyzedbymean

7、sofopticalmicroscope,scanningelectronmicroscope（SEM），X-raydiffraction（XRD），energydispersivespectrometry（EDS）andsoon.ProcessesofB4CparticlesreinforcedAZ91Dmagnesiumalloywereexploredinthisexperiment.Theeffectsoffabricationparameterssuchasstirringspeed,stirringtem

8、peratureandtherotationdirectionofpropellerstirreronuniformityofparticlesinB4Cp/AZ91Dcompositeswereinvestigatedanddiscussed.ZM5magnesiumalloyreinforcedbothwithsmallerparticle