【正文】 物越密集，強(qiáng)化效果越好。因此，鎂合金時(shí)效強(qiáng)化效果比鋁合金中所見(jiàn)到的要小得多。時(shí)效強(qiáng)化效果與析出相的大小、硬度、形貌以及與基體之間界面的性質(zhì)等因素密切相關(guān)。 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化是由于合金元素固溶到金屬基體后，由于合金元素和基體元素的原子半徑和彈性模量的差異，使基體產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而使基體得到強(qiáng)化。日本和歐美等許多電子產(chǎn)品已采用鎂合金作為外殼材料。國(guó)內(nèi)重慶長(zhǎng)安集團(tuán)公司在發(fā)動(dòng)機(jī)變速器上、下殼體用鎂合金替代鋁合金；中國(guó)一汽集團(tuán)研制成功了氣門(mén)室罩蓋、變速箱蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)油噴等鎂合金壓鑄件；東風(fēng)汽車(chē)公司以鎂合金變速箱上蓋的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用為重點(diǎn)突破對(duì)象。AZ91由于良好的可鑄造性和機(jī)械性能成為目前工業(yè)中最常用的鎂合金，主要應(yīng)用在汽車(chē)部件﹑3C產(chǎn)品﹑運(yùn)動(dòng)器材部件﹑家用器材等。另外還用于煉鋼脫硫劑、金屬還原等領(lǐng)域[4]?！嫖覈?guó)擁有極其豐富的鎂資源，原鎂產(chǎn)量居世界首位，占全球的1/3，菱鎂礦的質(zhì)量和儲(chǔ)量均居世界第一位[3]。鎂的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)，在25℃時(shí)的晶格常數(shù)為a=，c=，軸比c/a=。 SiCW/AZ91（分散處理）復(fù)合材料微觀磨損形貌43 SiCw(未處理)/AZ91復(fù)合材料試樣磨損形貌29 燒結(jié)溫度與密度關(guān)系曲線24 球磨后混合粉末SEM照片16 真空熱壓燒結(jié)示意圖14 四孔圓柱型模具圖11 研究技術(shù)路線50參考文獻(xiàn)41 SiCw(未處理)/AZ91復(fù)合材料的磨損形貌35 復(fù)合材料的拉伸性能35 復(fù)合材料的顯微硬度32 本章小結(jié)27 預(yù)壓工藝參數(shù)確定26 壓力工藝參數(shù)的確定23 本章小結(jié)2321 SiC晶須原始形貌18 18 試樣密度測(cè)試17 EDS分析17 SEM分析13 混料12 試樣制備10 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及化學(xué)試劑9 課題的提出5 噴射沉積法4 粉末冶金法3 復(fù)合強(qiáng)化2 固溶強(qiáng)化1 鎂及鎂合金ⅠAbstract目 錄粉末冶金法制備SiCw/AZ91復(fù)合材料研究畢業(yè)論文目 錄摘要Ⅱ1緒論`2 沉淀(析出)強(qiáng)化4 鎂基復(fù)合材料制備方法5 熔體浸透法6 復(fù)合材料合金元素10 復(fù)合材料的成分設(shè)計(jì)10 增強(qiáng)相的選擇12 配粉19 顯微硬度測(cè)試203 SiC晶須分散研究2226 球磨工藝的確定27 31 粉末冶金燒結(jié)過(guò)程分析345 SiCw/AZ91復(fù)合材料的性能36 復(fù)合材料摩擦磨損性能496主 要 結(jié) 論3 MgAl二元相圖6 MgAlZn合金的可鑄性7 SiC晶須SEM照片及EDS分析22 經(jīng)Tween80處理后的SiC晶須形貌23 經(jīng)KH550處理后的SiC晶須形貌32 球形顆粒的燒結(jié)模型33 實(shí)驗(yàn)材料溫度硬度關(guān)系圖37 AZ91 基體粉末試樣的摩擦系數(shù)—時(shí)間曲線圖44 不同燒結(jié)溫度下SiCw(未處理)/AZ91復(fù)合材料磨損形貌10 基體粉末規(guī)格28 燒結(jié)工藝參數(shù)鎂化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，在潮濕空氣、海水及絕大多數(shù)酸、鹽溶液中急易受腐蝕和氧化，高溫下鎂則易發(fā)生燃燒。但我國(guó)的鎂產(chǎn)業(yè)還處于起步階段，多數(shù)企業(yè)主要是以生產(chǎn)原材料為主，在很大程度上限制了鎂的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。 鎂合金的種類及用途鎂合金是具有高的比強(qiáng)度、比剛度、減振性、導(dǎo)熱性、可切削加工性和可回收性，因而被譽(yù)為“21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色工程材料”。近十幾年，全球環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，能源逐漸枯竭，降低能源消耗、減少環(huán)境污染是當(dāng)今全球所面臨的一個(gè)緊迫的問(wèn)題。綜合看來(lái)，儀表盤(pán)基座、車(chē)輪、方向盤(pán)軸、汽車(chē)車(chē)身、座位框架、變速箱殼、發(fā)動(dòng)機(jī)閥蓋等幾十種零部件使用鎂合金普及率最高[12]。在航空航天方面，鎂合金具有密度小的巨大優(yōu)勢(shì)，特別是MgLi合金是目前最輕的結(jié)構(gòu)材料，具有很高的比強(qiáng)度、韌性和可塑性，在航空航天方面具有很好的發(fā)展前途[14]。溶質(zhì)原子濃度越大，溶質(zhì)與溶劑原子半徑和彈性模量差別越大，所得到的屈服強(qiáng)度也越高。理想的析出相是得到細(xì)小的、均勻分布的、與基體呈共格關(guān)系的且隨著溫度升高不易粗化的沉淀相。促使強(qiáng)化的機(jī)理是滑動(dòng)位錯(cuò)與沉淀相相互作用。[19] 細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)化晶粒是提高材料力學(xué)性能的有效方法，根據(jù)HellPetch公式：σy=σ0+kd1/2合金的屈服強(qiáng)度與晶粒尺寸的平方根成反比。復(fù)合強(qiáng)化可以通過(guò)控制工藝參數(shù)，使增強(qiáng)相與基體良好結(jié)合，從而獲得所需性能[21]。郗雨林等人[23]利用粉末冶金制備了MBl5鎂基復(fù)合材料，其中添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的SiC和TC4，并對(duì)其時(shí)效行為進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明添加SiC和TC4均提高了基體材料的強(qiáng)度，經(jīng)時(shí)效處理后，材料的力學(xué)性能進(jìn)一步得到提高。wang[26]等人應(yīng)用粉末冶金的方法將Mg、Ti和C等粉末混合后，制備出了TiC顆粒在37nm，鎂晶粒尺度在25．60nm的超細(xì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，并且具有良好的力學(xué)性能。 熔體浸滲法 熔體浸透法是先把增強(qiáng)相預(yù)制成形，然后將基體溶體倒入，在一定壓力或單純毛細(xì)現(xiàn)象下，使金屬熔體浸透到預(yù)制坯體間隙，達(dá)到復(fù)合成型目的，包括壓力浸滲、無(wú)壓浸滲、負(fù)壓浸滲等[22]。 噴射沉積法噴射沉積法是把液態(tài)金屬在高壓惰性氣體噴射下霧化，形成熔融的金屬噴射流，同時(shí)將增強(qiáng)相顆粒噴入射流中，使固液兩相混合并共同沉積到經(jīng)預(yù)處理的襯底上，快速凝固得到鎂基復(fù)合材料[32]。該方法所得的增強(qiáng)相與基體的化學(xué)相容性較好，尺寸細(xì)小，分布均勻，是目前鎂合金復(fù)合材料研究的一個(gè)熱點(diǎn)。從MgAl二元相圖[36]()可以看出，當(dāng)Al元素含量較低時(shí)，主要是以固溶體的形式出現(xiàn)，隨著Al含量的增多，從合金中析出βMg17Al12相，βMg17Al12相是MgAl合金中最主要的第二相，該相的出現(xiàn)，使合金的強(qiáng)度升高。另外，Zn對(duì)鎂合金抗腐蝕性能也有較好的作用，能夠消除鎂合金中Fe、Ni等雜質(zhì)元素的不利影響。Zr元素可作為鎂基體形核的異質(zhì)核心，從而細(xì)化合金組織。阮愛(ài)杰[47]等人利用粉末冶金法制備了SiC顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，并研究了其阻尼性能。研究結(jié)果表明，SiC晶須加入后，MB15復(fù)合材料的硬度明顯提高，時(shí)效速度加快，另外發(fā)現(xiàn)，濕混加干混混粉法效果比直接球磨法好。任富忠[52]等人用粉末冶金法制備了碳纖維/Mg復(fù)合材料，研究了界面對(duì)力學(xué)性能的影響。 B4C顆粒B4C顆粒在鎂基體中分布較均勻，界面穩(wěn)定，成本低，并具有良好的耐腐蝕性能，具有很大的應(yīng)用潛力。晶須增強(qiáng)作為復(fù)合材料的一個(gè)研究方向，在鎂基復(fù)合材料中有著廣泛應(yīng)用。 (wt.%)Table Materials Composition (wt. %)粉末編號(hào)AlZnMnMg+SiCw191Bal.0291Bal.20(未處理)391Bal.20(已處理)注：1試樣為AZ91基體粉末，2試樣是指未經(jīng)任何方法處理過(guò)的SiCw/AZ91粉末，3試樣為經(jīng)過(guò)KH550分散處理后的SiCw/AZ91粉末。除了C和Si元素外，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他元素存在。本試驗(yàn)試樣制備選用熱壓燒結(jié)粉末冶金法，粉末冶金法是把增強(qiáng)體和基體鎂合金粉末進(jìn)行機(jī)械混合，并通過(guò)壓制燒結(jié)制備成型的一種生產(chǎn)工藝[55]，廣泛應(yīng)用于制備顆粒、晶須、纖維等增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。常用的分散方法如下： (1)除雜晶須除雜的目的是除去顆粒狀雜質(zhì)防止集聚成塊。分散程度主要取決于粒子抵抗團(tuán)聚的能力。(4) 電阻爐干燥至恒重。 球磨球磨是粉末冶金法制備復(fù)合材料的一種常用的預(yù)處理方法。在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，球量過(guò)少，則主要發(fā)生滑動(dòng)制度，使研磨效率降低。球磨時(shí)間取決于被研磨物料的種類以及上述諸因素，球磨時(shí)間并非越長(zhǎng)越好。球料比約為5：l，轉(zhuǎn)速200r/min，時(shí)間為2小時(shí)。真空熱壓燒結(jié)技術(shù)是近十幾年來(lái)比較常用的燒結(jié)技術(shù)，是在高真空狀態(tài)下，利用高溫高壓的方法制備固體材料。壓力選擇15KN、20KN、25KN、30KN、35KN，溫度選用450℃、500℃、550℃和600℃。浸蝕劑：選用4%的硝酸酒精溶液，浸蝕時(shí)間：4 s。具體操作步驟如下：①在天平上稱量試樣質(zhì)量m0；②在試樣表面涂上薄薄的一層凡士林，以防止水進(jìn)入試樣當(dāng)中，影響測(cè)量值。加載持續(xù)時(shí)間為30s。(2) 跑合：加載力F=20N，加載時(shí)間t=60s，轉(zhuǎn)速n=250 r/min；跑合的目的是為了消除試樣表面形態(tài)的不同而引起的誤差。 10 3 SiC晶須分散研究3 SiC晶須分散研究SiC晶須是在人工控制條件下以單晶形式生長(zhǎng)的一種針狀纖維，它的直徑非常小，以致難以容納在大晶體中常出現(xiàn)的晶界、位錯(cuò)、孔洞等缺陷，原子高度有序，因此強(qiáng)度接近完整晶體的理論值。本文通過(guò)采用不同的處理方法進(jìn)行處理，并初步研究了不同處理方法對(duì)晶須分散效果的影響。 SiCw分散試驗(yàn)結(jié)果本文采用焦磷酸鈉、吐溫80和硅烷偶聯(lián)劑三種分散劑對(duì)SiCw進(jìn)行分散處理，研究對(duì)比了其分散效果。導(dǎo)致晶須分散的機(jī)理是：一方面與顆粒表面的陰離子形成穩(wěn)定的親水絡(luò)合物，另一方面水解陰離子吸附于晶須表面，增強(qiáng)其親水程度。 吐溫80(Tween80)分散處理。Tween80含有聚氧乙烯基團(tuán)，具有親水性，能有效改進(jìn)在水性介質(zhì)中的潤(rùn)濕和分散特性，降低溶劑的表面張力，改變體系的表面狀態(tài)。 經(jīng)KH550處理后的SiC晶須形貌 Dispersed treatment of silicon carbide whisker morphology by KH550。本文中，后續(xù)將采用球磨法解決這一問(wèn)題。從圖中可以看出，混合粉末經(jīng)球磨處理后，SiC晶須被基體粉末包覆，未見(jiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)球磨工藝參數(shù)主要有：球磨類型：本實(shí)驗(yàn)采用XQM2L型行星式真空球磨機(jī)，屬于高能球磨。裝料量：一般鋼球和粉末占球磨罐體積的40%~50%時(shí)，研磨效果較好。 壓力工藝參數(shù)的確定 預(yù)壓工藝參數(shù)確定真空熱壓燒結(jié)時(shí)，如果先抽真空會(huì)造成金屬粉末被抽出，不利于粉末成型因此要先預(yù)壓成塊后再抽真空燒結(jié)。第二階段主要依靠顆粒變形來(lái)消除孔隙，需要更大的力來(lái)實(shí)現(xiàn)。從中可以看出，隨著壓力的增加，冷壓試樣的密度逐