攪拌摩擦加工制備顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料.pdf

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第33卷第4期礦冶工程V01．33№42013年O8月MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGAugust2013攪拌摩擦加工制備顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料①姚立群，張至柔，馮文彬，肖振宇，楊續(xù)躍’(1．深圳華加日鋁業(yè)有限公司，廣東深圳518052；2．中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙410083；3．中南大學(xué)有色金屬材料科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙410083)摘要：利用摩擦攪拌加工技術(shù)，對(duì)AZ31鎂合金進(jìn)行表面組織細(xì)化、表面復(fù)合化。通過金相顯微鏡和掃描電鏡觀察研究攪拌摩擦加工后的加工顯微組織及退火顯微組織，并測(cè)試加工區(qū)的硬度，發(fā)現(xiàn)摩擦攪拌區(qū)晶粒明顯細(xì)化，晶粒尺寸可降至幾微米，且復(fù)合化表面即使高溫長時(shí)間退火，組織依然穩(wěn)定；摩擦攪拌加工制備復(fù)合材料，分別添加納米Si，N粒子和SiO粒子復(fù)合于AZ31鎂合金表面，納米粒子均勻分布于合金表面，與未添加任何粒子的樣品相比，晶粒細(xì)化效果明顯提高，且由于復(fù)合粒子在基體中產(chǎn)生大量新界面，抑制了晶界遷移，使攪拌摩擦加工后的組織具有很高的熱穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：摩擦攪拌加工；鎂基復(fù)合材料；顆粒增強(qiáng)；顯微組織；晶粒細(xì)化；表面復(fù)合化；熱穩(wěn)定性中圖分類號(hào)：TG146．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10．3969／j．issn．0253-6099．2013．04．028文章編號(hào)：0253—6099(2013)04—0108一o4FabricationofParticulate-reinforcedMagnesiumMatrixCompositebyFrictionStirProcessingYAOLi．qun，ZHANGZhi．rOll。FENGWen—bin，XIAOZhen．yu，YANGXu．yue’。，(1．NonfemetInternational(China-Canada—Japan)AluminiumCoLtd，Shenzhen518052，Guangdong，China；2．SchoolofMaterialsScienceandEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083，Hunan，China；3．KeyLaboratoryofNonferrousMetalMaterialsScienceandEngineering，MinistryofEducation，CentralSouthUniversity，Changsha410083，Hunan，China)Abstract：ThesurfacestructurerefinementandcompoundingofAZ31alloybyfrictionstirprocessing(FSP)werestudied．MetallographicmicroscopeandscanningelectronicmicroscopewereusedtoobservethemicrostructureofFSPedandannealedsamples，andthehardnessofthestirredalgawasmeasured．TheresultsshowthatanobviousrefinementofgrainsizewithintheFSPedregioncanbeobservedwithgrainsizereducedtomicrometers，andthestructureofcompositedsurfaceremainsstableevenafterlong—timeannealingathightemperature．Particulate—reinforcedcompositeswerepreparedbycompoundingnano—scaledparticlessuchasSi3N4andSiO2respectivelyintoAZ31matrixbyFSP．Duetoparticlesdistributedhomogeneouslyatthesurface，grainsizeisfinerthanthatoftheuncompoundedsamples．Furthermore，themigrationofthegrainboundaryisrestrainedbythenewboundariescreatedbythoseparticles，SOtheFSPedstructurepresentsahiglldegreeofthermalstability．Keywords：frictionstirprocessing；magnesiummatrixcomposite；particulatereinforcement；microstructure；grainrefinement；surfacecompounding；thermalstability鎂合金在汽車、航空航天、電子、計(jì)算機(jī)、家電等行重要課題。攪拌摩擦加工(FrictionStirProcessing，業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景。但是鎂的化學(xué)穩(wěn)定性低，電FSP)是Mishra等人在攪拌摩擦焊接(FrictionStir極電位很負(fù)(一2．34V)，耐蝕性差；多數(shù)鎂合金的密Welding，F(xiàn)SW)基礎(chǔ)上演變出的一種固態(tài)加工技排六方的晶體結(jié)構(gòu)決定了其較差的塑性成形能力；鎂術(shù)_5J。從實(shí)質(zhì)上說，攪拌摩擦加工技術(shù)與熱擠壓、等合金的耐磨性、硬度及耐高溫性能也較差，這都在某種通道角擠壓等材料制備技術(shù)一樣，也是一種熱機(jī)械處程度上制約了鎂合金材料的廣泛應(yīng)用¨-4J。因此，如理技術(shù)，是通過攪拌摩擦產(chǎn)生的熱和塑性變形來細(xì)化何提高鎂合金的強(qiáng)度、硬度、耐磨、耐熱及耐腐蝕等綜晶粒、改善織構(gòu)，從而大幅提高鎂合金機(jī)械性能和延展合性能，進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻鎻?qiáng)化，已成為當(dāng)今材料發(fā)展的性，甚至于獲得超塑性的加工技術(shù)。與其它固態(tài)加工①收稿日期：2013-03-ll基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51071182)作者簡(jiǎn)介：姚立群(1960一)，女，湖南邵陽人，高級(jí)工程師，主要從事有色金屬加工研究和管理。 第4期雷蕓等：酸化輔助Hummers法制備高性能石墨烯115(上接第1l1頁)MaterialSciencesandEngineering，2005，50：1—78．成塊狀分布于AZ31鎂合金基體中，而使得攪拌不夠[7]黃春平，柯黎明，邢麗，等．?dāng)嚢枘Σ良庸ぱ芯窟M(jìn)展及前景展望均勻。[J]．稀有金屬材料與工程，2011，40(1)：183—188．4)添加SiO粒子的攪拌摩擦加工樣品中，復(fù)合[8]NakataK．WeldabilityofMagnesiumAlloys[J]．輕金屬熔接，層均勻度較添加si，N粒子的復(fù)合層更加均勻。并且2001，39(12)：26—35．由于第二相強(qiáng)化與細(xì)晶強(qiáng)化，含有SiO：粒子的攪拌區(qū)[9]JiangYupei，YangXuyue，HiromiMiura，eta1．Nano·SiO2ParticlesReinforcedMagnesiumAlloyProducedByFrictionStirProcessing域顯微硬度高達(dá)89Hv，即使在300℃經(jīng)過3Oks退火處理后，硬度僅下降10．9％，熱穩(wěn)定性與未添加SiO[J_．ReviewsonAdvancedMaterialsScience，2013，33：29—32．[1O]張華，林三寶，吳林，等．AZ31鎂合金攪拌摩擦焊接顯微組的攪拌摩擦加工樣品相比有顯著提高?？椥纬蓹C(jī)制[J]．稀有金屬材料與工程，2005，34(7)：1021一參考文獻(xiàn)：l024．[1]付珍．輕型金屬鎂的發(fā)展及應(yīng)用[J]．山西機(jī)械，2003(3)：8—10．[11]朱戰(zhàn)民，陳體軍．觸變成形AZ91D鎂合金的攪拌摩擦加工及表[2]曾榮昌，柯偉，徐永波．Mg合金的最新發(fā)展及應(yīng)用前景[J]．金面復(fù)合化[D]．蘭州：蘭州理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，2007．屬學(xué)報(bào)，2001，37(7)：673—685．[12]于敬宇，李玉龍，周宏霞，等．顆粒尺寸對(duì)顆粒增強(qiáng)型金屬基復(fù)合[3]李忠盛，潘復(fù)生，張靜．AZ31鎂合金的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景材料動(dòng)態(tài)特性的影響[J]．復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2005，10(22)：31—36．[J]．金屬成形工藝，2004，22(1)：54—57．[13]袁允社，李國祿，劉金海，等．鎂合金復(fù)合材料研究進(jìn)展[J]．熱[4]劉正，王越，王中光，等．鎂基輕質(zhì)材料的研究與應(yīng)用J]．加工工藝(熱處理版)，2006(8)：67—70．材料研究學(xué)報(bào)，2000，14(6)：449—456．[14]MorisadaY，F(xiàn)ujiiH，NagaokaT，eta1．Efectoffrictionstir[5]吳炳堯．鎂合金壓鑄技術(shù)分析[J]．鑄造，2000(8)：43—449．processingwithSiCparticlesonmierostruetureandhardnessofAZ31『6]MishraRS，MaZY．FrictionstirweldingandProcessing[J]．[J]．MaterialSciencesandEngineering，2006，433：50—54．