【正文】 殼、發(fā)動機(jī)閥蓋等幾十種零部件使用鎂合金普及率最高[12]。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。28 燒結(jié)工藝參數(shù)22 經(jīng)Tween80處理后的SiC晶須形貌3 MgAl二元相圖496主 要 結(jié) 論36 復(fù)合材料摩擦磨損性能345 SiCw/AZ91復(fù)合材料的性能26 球磨工藝的確定12 配粉10 增強(qiáng)相的選擇2 沉淀(析出)強(qiáng)化目 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1 鎂及鎂合金5 噴射沉積法10 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及化學(xué)試劑18 試樣密度測試26 壓力工藝參數(shù)的確定50參考文獻(xiàn)16 真空熱壓燒結(jié)示意圖29 燒結(jié)溫度與密度關(guān)系曲線 SiCW/AZ91（分散處理）復(fù)合材料微觀磨損形貌鎂的晶體結(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=。國內(nèi)重慶長安集團(tuán)公司在發(fā)動機(jī)變速器上、下殼體用鎂合金替代鋁合金；中國一汽集團(tuán)研制成功了氣門室罩蓋、變速箱蓋、發(fā)動機(jī)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(diǎn)突破對象。因此，鎂合金時效強(qiáng)化效果比鋁合金中所見到的要小得多。張洋[25]等人利用粉末冶金法制備了AZ91鎂合金，研究了其組織及熱性能，選用純Mg、Al、Zn粉為原料，采用濕混球磨法制備成AZ91合金粉末，試樣制備壓力為2MPa，燒結(jié)溫度為600℃、610℃、620℃，研究結(jié)果表明，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℃，%。 鎂基復(fù)合材料合金元素及增強(qiáng)相 復(fù)合材料合金元素 Al元素 MgAl合金是目前應(yīng)用最廣泛的鎂合金，Al是鎂合金中最主要的合金元素之一。郗雨林等[48]人用粉末冶金法制備了SiC 晶須增強(qiáng)MB15 基復(fù)合材料，先將基體合金粉末烘干后與SiC晶須混粉，經(jīng)冷壓、燒結(jié)、熱壓后熱擠壓成試棒。 8 2 試驗(yàn)方法及分析手段2 試驗(yàn)方法及分析手段 復(fù)合材料的成分設(shè)計AZ91鎂合金是目前市場上應(yīng)用最廣泛的鎂合金，本課題以AZ91鎂合金為基體合金。(3)分散溶液分散合適的分散介質(zhì)能有效改善SiC晶須的分散性，分散效果與分散劑、分散介質(zhì)和分散溶液的PH值等有關(guān)。一般是把大小不同的球配合使用。試樣制備過程如下：取樣→金相研磨機(jī)研磨(粗磨、細(xì)磨)→無水乙醇清洗→拋光→超聲波無水乙醇沖洗→烘干→浸蝕→酒精棉球清洗→烘干→觀察。min1。但是膜層分布不太均勻，團(tuán)聚現(xiàn)象r仍很嚴(yán)重。 4 4 SiCw/AZ91復(fù)合材料制備及顯微組織分析4 SiCw/AZ91復(fù)合材料制備工藝的優(yōu)化 (c) 球磨后混合粉末SEM照片F(xiàn)ig Picture of mixed powder after ballmilling(a) 2 mixed powder (b)、(c) 3 mixed powder，(a)為2混合粉末球磨后的SEM照片，(b)、(c)為3混合粉末球磨后的SEM照片。第一階段是由于粉末中純在大量的孔隙和“拱橋”，在壓力作用下，很容易被相對移動的粉末填充。 溫度對粉末冶金法制備的AZ91基體材料組織形貌的影響 1試樣顯微組織Fig. Micrsturcture of 1 alloy(a)450℃ (b)500℃ (c)550℃ (d)600℃ (e)EDS of A point (f) EDS of B point。因此，550℃為本實(shí)驗(yàn)較為合適的工藝溫度。因此制品的相對密度也較低，燒結(jié)后的試樣中存在較多的缺陷，因此在硬度測試的過程中更容易發(fā)生塑性變形?！?、500℃和550℃三種燒結(jié)溫度下制備的復(fù)合材料的實(shí)時摩擦系數(shù)曲線圖。 綜上，本實(shí)驗(yàn)采用HVS1000型數(shù)顯維氏硬度計測定復(fù)合材料的硬度。1) 混合粉末經(jīng)球磨處理后，SiCw被基體粉末包覆著，混合均勻，經(jīng)過KH550處理過得SiCw和基體混合粉末基本沒有出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，效果較好。這主要是因?yàn)闇囟壬咴舆\(yùn)動速度加快，更多的原子有機(jī)會通過表面遷移或體內(nèi)遷移進(jìn)入粉末顆粒間的接觸面形成粘結(jié)面，總孔隙體積減少，試樣的致密度提高，密度增大[64]。本實(shí)驗(yàn)采用轉(zhuǎn)速200r/min。但是從圖中可以看出，SiC晶須長短差別較大(這是由廠家生產(chǎn)條件決定的)，長短不一的晶須縱橫交錯，形成許多空隙，可能會妨礙晶須與基體的均勻混合，影響后續(xù)復(fù)合材料的燒結(jié)致密性，因此，應(yīng)該采用一些方法降低晶須的長徑比，使其長徑比比較均勻。SPP分散機(jī)理符合擴(kuò)展DLVO理論[60]。 Specimen used in the friction and wear properties test實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：(1) 預(yù)磨：實(shí)驗(yàn)前試樣均經(jīng)1000號砂紙細(xì)磨，并用無水乙醇超聲波清洗。(3) 真空熱壓燒結(jié)：壓制燒結(jié)的主要工藝參數(shù)是燒結(jié)溫度、壓力以及保溫時間，本實(shí)驗(yàn)著重對壓力和溫度進(jìn)行試驗(yàn)，以制定合適的熱壓燒結(jié)工藝。在一定的范圍內(nèi)，增加裝球量能提高研磨效率。在制備復(fù)合材料前，首先要將晶須分散。 課題的提出粉末冶金法具有工藝成本低，成型溫度低等優(yōu)勢，對鎂合金來說能夠減少氧化和偏聚等現(xiàn)象，有利于鎂基復(fù)合材料的制備。 SiC顆?；蚓ы歋iC顆?；蚓ы毷悄壳白畛Ｓ玫脑鰪?qiáng)相之一，SiC顆粒與Mg基體有良好的潤濕性，大量研究結(jié)果也證明SiC在通常的復(fù)合工藝條件下不與基體元素發(fā)生反應(yīng)[45,46]。 原位反應(yīng)自生法原位反應(yīng)自生法是通過在金屬基體中加入合金元素或化合物，在制備復(fù)合材料的過程中使其在基體內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，形成一種或幾中增強(qiáng)相，從而得到復(fù)合材料的一種制備方法。粉末冶金法制備復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)在于合金成分體積分?jǐn)?shù)可任意配比而且分布均勻，制備過程是在合金兩相區(qū)進(jìn)行燒結(jié)，很大程度上能夠避免由于高溫產(chǎn)生的氧化等問題。時效強(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)。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)用在汽車部件﹑3C產(chǎn)品﹑運(yùn)動器材部件﹑家用器材等。24 球磨后混合粉末SEM照片27 預(yù)壓工藝參數(shù)確定23 本章小結(jié)2317 EDS分析13 混料9 課題的提出2 固溶強(qiáng)化ⅠAbstractⅡ1緒論27 7 SiC晶須SEM照片及EDS分析但我國的鎂產(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發(fā)和應(yīng)用。在航空航天方面，鎂合金具有密度小的巨大優(yōu)勢，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]。[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。 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、無壓浸滲、負(fù)壓浸滲等[22]。另外，Zn對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。任富忠[52]等人用粉末冶金法制備了碳纖維/Mg復(fù)合材料，研究了界面對力學(xué)性能的影響。除了C和Si元素外，沒有發(fā)現(xiàn)其他元素存在。(4) 電阻爐干燥至恒重。球料比約為5：l，轉(zhuǎn)速200r/min，時間為2小時。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，影響測量值。本文通過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晶須分散效果的影響。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)。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。從中可以看出，隨著壓力的增加，冷壓試樣的密度逐漸增加，當(dāng)壓力達(dá)到35KN時，試樣密度基本變化不大。第二階段是燒結(jié)頸長大階段，隨著燒結(jié)時間的延長，燒結(jié)頸逐漸擴(kuò)大，顆粒間距逐漸縮小，密度和強(qiáng)度進(jìn)一步增大，(b)所示。 維氏硬度計應(yīng)根據(jù)試樣厚度和硬度選擇試驗(yàn)力。本章對SiC晶須增強(qiáng)AZ91鎂合金復(fù)合材料的摩擦磨損性能進(jìn)行了研究，對不同條件下的摩擦磨損性能進(jìn)行了對比和探討。有圖可以看出，各試樣的磨損量隨燒結(jié)溫度的升高逐漸降低，基體AZ91在不同溫度下燒結(jié)試樣磨損量變化不大。試驗(yàn)力保持時間為10～15秒。(a)粉末接觸 (b)燒結(jié)頸長大 (c)孔隙似球化 (d)孔隙球化 球形顆粒的燒結(jié)模型[56,66] Sintering model of sphere particle當(dāng)燒結(jié)體系是由兩個或兩個以上熔點(diǎn)不同組分構(gòu)成時，燒結(jié)過程會出現(xiàn)液相，這種情況的燒結(jié)過程可以分為三個階段。 不同壓力下壓坯的密度Table Density of different pressure壓力F（KN）1520253035密度ρ（kg∕m3）103103103103103 壓制壓力與壓坯密度關(guān)系圖 The picture of pressures vs densities 燒結(jié)工藝的確定 燒結(jié)溫度對試樣密度的影響，Tm為材料的熔點(diǎn)。球磨氣氛：鎂高球磨過程中極易氧化，通常在氬氣或真空狀態(tài)下球磨，本實(shí)驗(yàn)選擇用在真空下球磨。 硅烷偶聯(lián)劑分散處理有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑又稱為表面處理劑，其通式為，式中，R為非水解的、可與高分子聚合物結(jié)合的有機(jī)官能團(tuán)，常見的有甲基、乙烯基、環(huán)氧基、丙烯酰氧基等；X為可水解基團(tuán)，遇水溶液、空氣中的水分或無機(jī)物表面吸附的水分均可引起分解，與無機(jī)物表面有較好的反應(yīng)性，常見的有甲氧基、乙氧基、烷氧基、芳氧基、?；⒙然萚61]。可以看出，SiC晶須放置一段時間后，出現(xiàn)了明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。⑤計算試樣的實(shí)際密度：