顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料概述

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1、顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料由于制備工藝簡單、成本較低微觀組織均勻、材料性能各向同性且可以采用傳統(tǒng)的金屬加工工藝進(jìn)行二次加工等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域最重要的研究方向。顆粒增強(qiáng)金展基復(fù)合材料的主要基體有鋁、鎂鈦、銅和鐵等，其中鋁基復(fù)合材料發(fā)展最快；而鎂的密度更低，有更高的比強(qiáng)度、比剛度，而且具有良好的阻尼性能和電磁屏蔽等性能，鎂基復(fù)合材料正成為繼鋁基之后的乂一具有競爭力的輕金屬基復(fù)合材料。鎂基復(fù)合材料因其密度小，且比鎂合金具有更高的比強(qiáng)度、比剛度、耐磨性和耐高溫性能，受到航空航天、汽車、機(jī)械及電子等高技術(shù)領(lǐng)

2、域的重視。顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料與連續(xù)纖維增強(qiáng)、非連續(xù)（短纖維、晶須等）纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料相比，具有力學(xué)性能呈各向同性、制備工藝簡單、增強(qiáng)體價(jià)格低廉、易成型、易機(jī)械加工等特點(diǎn)，是目前最有可能實(shí)現(xiàn)低成木、規(guī)?；虡I(yè)牛產(chǎn)的鎂基復(fù)合材料。一、制備方法1、粉末冶金法粉末冶金法是把微細(xì)純凈的鎂合金粉末和增顆粒均勻混合后在模具屮冷壓，然后在真空中將合體加熱至合金兩相區(qū)進(jìn)行熱壓，最后加工成型得復(fù)合材料的方法。粉末冶金的特點(diǎn)：可控制增顆粒的體積分?jǐn)?shù)，增強(qiáng)體在基體中分布均勻；制備溫度較低，一般不會發(fā)生過量的界而反應(yīng)。該法工藝設(shè)備較復(fù)雜，成本較高，

3、不易制備形狀復(fù)雜的零件。2、熔體浸滲法熔體浸滲法包括壓力浸滲、無壓浸滲和負(fù)壓浸滲。壓力浸滲是先將增強(qiáng)顆粒做成預(yù)制件，加入液態(tài)鎂合金后加壓使熔融的鎂合金浸滲到預(yù)制件中，制成復(fù)合材料采用高壓浸滲，可克服增強(qiáng)顆粒與慕體的不潤濕情況，氣孔、疏松等鑄造缺陷也可以得到很好的彌補(bǔ)。無壓浸滲是指熔的鎂合金在惰性氣體的保護(hù)下，不施加任何壓力對增強(qiáng)顆粒預(yù)制件進(jìn)行浸滲。該工藝設(shè)備簡單、成木低，但預(yù)制件的制備費(fèi)用較高，因此不利于大規(guī)模生產(chǎn)。增強(qiáng)顆粒與基體的潤濕性是無壓浸滲技術(shù)的關(guān)鍵。負(fù)壓浸滲是通過預(yù)制件造成真空的負(fù)壓環(huán)境使熔融的鎂合金滲入到預(yù)制件中。由

4、負(fù)壓浸滲制備的SiC/Mg顆粒在基體中分布均勻。3、全液態(tài)攪拌法全液態(tài)攪拌法是在保護(hù)氣氛下，將增強(qiáng)顆粒加入熔融的鎂合金基體中，再進(jìn)行機(jī)械攪拌，最后澆鑄成型。此方法設(shè)備以及工序簡單，成本也較低，但在攪拌的過程中容易產(chǎn)生氣孔，另外由于增強(qiáng)顆粒與基體的密度不同易發(fā)生顆粒沉積和團(tuán)聚的現(xiàn)象：鑄錠凝固后可以進(jìn)行熱擠壓，可以改善基體和增強(qiáng)顆粒間的界面完整性以及增強(qiáng)相在基體中的均勻分布，并且在擠壓的過程中發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，復(fù)合材料發(fā)生了明顯的晶粒細(xì)化現(xiàn)象。4、半固態(tài)攪熔鑄造法半固態(tài)攪熔鑄造法是指將增強(qiáng)顆粒加入由機(jī)械攪拌的半固態(tài)慕體中，待混合均勻

5、后升至熔點(diǎn)溫度澆鑄，凝固后得到鎂基復(fù)合材料的方法。此方法可以避免全液態(tài)攪拌法易產(chǎn)生氣孔和發(fā)生顆粒沉積及團(tuán)聚的現(xiàn)象。該工藝較有利于大規(guī)模工業(yè)牛產(chǎn)。5、噴射沉積法此工藝首先用高壓的惰性氣體流將液態(tài)鎂合金霧化，形成熔融狀態(tài)的鎂合金噴射流，同時(shí)將增強(qiáng)顆粒噴入鎂合金噴射流屮，使顆粒和基體的混合體沉枳到襯底上，凝固后得到鎂基復(fù)合材料：該工藝所制備的復(fù)合材料顆粒在基體中分布均勻、凝固快、界面反應(yīng)較少。二、鎂基復(fù)合材料常用的基體鎂合金和顆粒增強(qiáng)體1、常用的基體鎂合金鎂基復(fù)合材料要求基體組織細(xì)小、均勻，基體合金使用性能良好.根據(jù)鎂基復(fù)合材料的使用

6、性能，基體鎂合金主要有鎂鋁鋅系(A731、AZ61、AZ91)、鎂鋅錯(cuò)系、鎂鋰系、鎂鋅銅系(ZC71)鎂鎰系、鎂稀土錯(cuò)系、鎂社錯(cuò)系和鎂錢銀系等。純鎂的強(qiáng)度較低，不適合作為基體，一般需要添加合金元素以合金化。主要合金元素有Al>Mn>Zn、Li>AS>Zr^Th>Ni和稀土元素等。這些合金元素在鎂合金屮具有固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化等作用。2、常用的顆粒增強(qiáng)體根據(jù)鎂基復(fù)合材料的使用性能、基體鎂合金的種類和成分來選擇所需的顆粒增強(qiáng)體.要求增強(qiáng)體與基體物理、化學(xué)相容性好，應(yīng)盡量避免增強(qiáng)體與慕體合金Z間的有害界面反應(yīng)，并使其與基體潤濕

7、性良好，載荷承受能力強(qiáng)等。取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┦诡w粒在基體內(nèi)分布均勻，減少顆粒間的團(tuán)聚，以改善材料受載吋內(nèi)部的應(yīng)力分布，也保證復(fù)合材料具有良好性能的關(guān)鍵之一。(1)碳化物SiC顆粒SiC的硬度高，耐磨性能好，并具有抗熱沖擊、抗氧化等性能。鎂沒有穩(wěn)定的碳化物，SiC在鎂中熱力學(xué)上是穩(wěn)定的，因此，SiC常用作鎂基復(fù)合材料的增強(qiáng)相，并且來源廣泛，價(jià)格便宜，用其作為增強(qiáng)顆粒制備鎂基復(fù)合材料具有工業(yè)化牛產(chǎn)前景。BqC顆粒B4C為菱面體站構(gòu)，高熔點(diǎn)、高硬度，硬度僅次于金剛石與立方氮化硼，熱膨脹系數(shù)相當(dāng)?shù)停瑑r(jià)格也較便宜。B^C顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)臺材料

8、的制備方法有擠壓鑄造法、粉末冶金法、壓力浸滲法、和只適用于Mg-Li基體臺金的箔冶金擴(kuò)散焊接法。B4C顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料具有很大的應(yīng)用潛力。TiC顆粒TiC為面心立方晶格，具有高熔點(diǎn)、高硬度及高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。TiC與鎂的潤濕性好于與鋁的潤濕性。且不和鎂發(fā)生