【正文】 鎂合金基體組織由αMg固溶體和βMg17Al12相兩相組成，最佳燒結(jié)溫度為610℃，%。 復(fù)合強化復(fù)合強化是指在鎂合金中添加碳纖維、SiC顆粒、Al2O3短纖維等增強相，以改善基體力學(xué)性能。因此，鎂合金時效強化效果比鋁合金中所見到的要小得多。 固溶強化固溶強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)生點陣畸變，阻礙位錯的運動，從而使基體得到強化。國內(nèi)重慶長安集團公司在發(fā)動機變速器上、下殼體用鎂合金替代鋁合金；中國一汽集團研制成功了氣門室罩蓋、變速箱蓋、發(fā)動機油噴等鎂合金壓鑄件；東風(fēng)汽車公司以鎂合金變速箱上蓋的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用為重點突破對象。另外還用于煉鋼脫硫劑、金屬還原等領(lǐng)域[4]。鎂的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)，在25℃時的晶格常數(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29 燒結(jié)溫度與密度關(guān)系曲線16 真空熱壓燒結(jié)示意圖11 研究技術(shù)路線50參考文獻41 SiCw(未處理)/AZ91復(fù)合材料的磨損形貌35 復(fù)合材料的顯微硬度26 壓力工藝參數(shù)的確定18 試樣密度測試17 SEM分析12 試樣制備10 實驗設(shè)備及化學(xué)試劑5 噴射沉積法4 粉末冶金法3 復(fù)合強化1 鎂及鎂合金目 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`2 沉淀(析出)強化10 復(fù)合材料的成分設(shè)計10 增強相的選擇12 配粉203 SiC晶須分散研究26 球磨工藝的確定31 粉末冶金燒結(jié)過程分析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22 經(jīng)Tween80處理后的SiC晶須形貌33 實驗材料溫度硬度關(guān)系圖37 AZ91 基體粉末試樣的摩擦系數(shù)—時間曲線圖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。 鎂合金的種類及用途鎂合金是具有高的比強度、比剛度、減振性、導(dǎo)熱性、可切削加工性和可回收性，因而被譽為“21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色工程材料”。綜合看來，儀表盤基座、車輪、方向盤軸、汽車車身、座位框架、變速箱殼、發(fā)動機閥蓋等幾十種零部件使用鎂合金普及率最高[12]。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，所得到的屈服強度也越高。促使強化的機理是滑動位錯與沉淀相相互作用。復(fù)合強化可以通過控制工藝參數(shù)，使增強相與基體良好結(jié)合，從而獲得所需性能[21]。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的超細結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，并且具有良好的力學(xué)性能。 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，同時將增強相顆粒噴入射流中，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]。從MgAl二元相圖[36]()可以看出，當Al元素含量較低時，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)，使合金的強度升高。Zr元素可作為鎂基體形核的異質(zhì)核心，從而細化合金組織。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。 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。 (wt.%)Table Materials Composition (wt. %)粉末編號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)任何方法處理過的SiCw/AZ91粉末，3試樣為經(jīng)過KH550分散處理后的SiCw/AZ91粉末。本試驗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體和基體鎂合金粉末進行機械混合，并通過壓制燒結(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、纖維等增強金屬基復(fù)合材料。分散程度主要取決于粒子抵抗團聚的能力。 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。球磨時間取決于被研磨物料的種類以及上述諸因素，球磨時間并非越長越好。真空熱壓燒結(jié)技術(shù)是近十幾年來比較常用的燒結(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。浸蝕劑：選用4%的硝酸酒精溶液，浸蝕時間：4 s。加載持續(xù)時間為30s。 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、孔洞等缺陷，原子高度有序，因此強度接近完整晶體的理論值。 SiCw分散試驗結(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SiCw進行分散處理，研究對比了其分散效果。 吐溫80(Tween80)分散處理。 經(jīng)KH550處理后的SiC晶須形貌 Dispersed treatment of silicon carbide whisker morphology by KH550。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，未見明顯的團聚現(xiàn)象。裝料量：一般鋼球和粉末占球磨罐體積的40%~50%時，研磨效果較好。第二階段主要依靠顆粒變形來消除孔隙，需要更大的力來實現(xiàn)。由于燒結(jié)機最低測試溫度為400℃，因此，本燒結(jié)工藝設(shè)定溫度從400℃時為起始溫度，同樣燒結(jié)完成最低溫度也為400℃，之后真空狀態(tài)冷卻2小時后，自然冷卻。從圖中可以看出，粉末顆粒之間形成了結(jié)晶狀第二相，該相主要由Mg和Al組成的Mg17Al12相，說明在燒結(jié)的過程中，Mg和Al在界面處發(fā)生的共晶反應(yīng)，隨著燒結(jié)溫度的升高，第二相數(shù)量明顯增多。第二階段是固相溶解和再析出階段，在該階段近液相的固體顆粒表面原子逐漸溶解到液相中去，由于小顆粒和粗大顆粒的凸起或棱角優(yōu)先溶解，使得粉末中小顆粒數(shù)量逐漸減少，大顆粒表面趨向光滑并逐漸長大和球化，(c)所示。 8 5 SiCw/AZ91復(fù)合材料的性能5 SiCw/AZ91復(fù)合材料的性能 復(fù)合材料的顯微硬度 硬度是衡量材料軟硬程度的一個性能指標。2秒。燒結(jié)溫度的升高使得材料中的缺陷得到逐步的彌合，提高了基體抗變形的能力，因此顯微硬度也得到提高。另外，在相同溫度燒結(jié)時，復(fù)合材料的磨損量比基體AZ91的磨損量大。③分散處理過的SiCw/AZ91復(fù)合材料比沒有分散處理的復(fù)合材料磨損量小，這也證明了處理過的SiC晶須能與基體產(chǎn)生更好的結(jié)合，使組織更加致密，這一點與公式43密度曲線圖是一致的，由此證明分散處理的SiC晶須可以有效的提高復(fù)合材料的密度和抗磨性?？梢钥闯?，隨著溫度的升高，復(fù)合材料的抗拉強度逐漸提高，同種溫度下燒結(jié)的材料，經(jīng)分散處理后的SiCw增強AZ91鎂基復(fù)合材料的強度較好。因此，粉末燒結(jié)材料的宏觀硬度值不能真實反映材料的真實硬度(表觀硬度)，為了準確獲得燒結(jié)材料的硬度，需要采用顯微硬度測定法，在無孔隙的致密處測定。 維氏硬度是將頂部兩相對面具有規(guī)定角度的正四棱錐體金剛石壓頭用試驗力壓入試樣表面，保持規(guī)定時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕對角線長。 (a)混合粉末 (b)重排 (c)溶解析出 (d)固相燒結(jié) 液相燒結(jié)過程示意圖[56,66] Sintering sketch of liquid phase本文燒結(jié)體系中含有Mg、Al、Zn和SiC晶須等組分，Zn的熔點為420℃，當燒結(jié)溫度高于420℃時就會發(fā)生Zn熔化現(xiàn)象，從而出現(xiàn)液相燒結(jié)。隨著溫度升高，第二相在顆粒界面處形成數(shù)量增多，空洞逐漸減少。 燒結(jié)溫度與密度關(guān)系曲線Fig. Density of different temperture從圖中可以看出，經(jīng)不同溫度燒結(jié)后，試樣的密度隨著燒結(jié)溫度的升高是先增大后減小。由于第三階段對密度增加作用很小，因此，研究合適壓力具有一定的意義。球磨速度：球磨速度過快，一方面鋼球會懸空，不利于下部粉末的研磨，另一方面溫度會升高，有可能產(chǎn)生氧化和合金化。從照片中還可以看出，復(fù)合材料經(jīng)過適當?shù)那蚰ズ?，SiC晶須在基體粉末中彌散分布，且長徑比比較均勻，(c)，這就避免了晶須長短不齊造成的晶須相互搭接形成空間位阻的現(xiàn)象，有助于提高燒結(jié)試樣的致密度。偶聯(lián)劑KH550其分散機理主要有以下兩點：a) KH550的乙氧基水解為羥基，此羥基與SiC晶須表面存在的羥基生成氫鍵，因此使KH550吸附在晶須表面，形成一定厚度的吸附層，從而降低了晶須之間的吸引力；b) KH550溶液粘度較大，高粘度的有機膠體減緩了晶須的運動，阻止晶須重新團聚。 經(jīng)Tween80處理后的SiC晶須形貌 Dispersed treatment of silicon carbide whisker morphology by Tween80Tween80在晶須表面吸附，形成高粘度狀態(tài)，可以防止晶須之間的碰撞、摩擦和吸附。 經(jīng)SPP處理后的SiC晶須形貌 Dispersed treatment of silicon carbide whisker morphology by SPP，從圖中可以看出，SiCw仍存在嚴重的團聚現(xiàn)象，效果并不理想。但是，由于SiC晶須的直徑非常小，具有大的比表面積和表面能，因此晶須會產(chǎn)生嚴重的團聚現(xiàn)象，并且在晶須的生產(chǎn)過程中，不可避免的會有SiOC和催化劑等雜質(zhì)粘附在晶須表面，也會使晶須產(chǎn)生團聚和纏結(jié)。 摩擦磨損性能測試摩擦磨損試驗在MMW1屏立式萬能摩擦磨損試驗機上進行，對磨材料為45鋼。試驗所用能譜儀為掃描電鏡