SiC颗粒增强AZ81镁合金基复合材料的制备及组织与力学性能

论文摘要

本文以镁合金AZ81为基体，并以平均颗粒尺寸为2μm、5μm和10μm的SiC颗粒为增强相，采用熔体搅拌法制备了颗粒增强镁基复合材料SiCp／AZ81。通过测定所制备的复合材料的拉伸力学性能，观察其显微组织，研究了基体晶粒大小的变化、析出相的形态以及增强相颗粒在基体中的分布，并通过扫描电镜（SEM）对复合材料进行了断口分析，探讨了其强化机制；最后对平均颗粒尺寸为5μm和10μm颗粒增强镁基复合材料的耐磨性进行了测量，并讨论了其磨损机制。研究结果表明，应用熔体搅拌法制备的SiCp／AZ81镁合金基复合材料具有SiC颗粒分布均匀、与基体结合紧密的特点，加入微米尺度的SiC增强颗粒明显细化了AZ81基体合金的晶粒尺寸；在所研究的SiCp／AZ81镁基复合材料中，当SiC颗粒尺寸为10μm时，更有利于增强相的均匀弥散分布，抑制β-Mg17Al12相的形成；固溶处理后SiCp／AZ81镁基复合材料的抗拉强度得到较大幅度的提升，但其屈服强度则有所下降；颗粒尺寸越大的镁基复合材料的力学性能越稳定，且颗粒分布也较均匀，10μm SiCp／AZ81的力学性能较稳定和良好，尤其是SiCp（10μm）／AZ81经过固溶处理后，抗拉强度升高更为明显，其中固溶处理态的SiCp（10μm）／AZ81的室温抗拉强度可达265.95MPa，提高了近31.9％。对镁基复合材料的摩擦磨损性能研究表明，磨损表面存在犁沟和塑性变形，且有少量剥落坑，其磨损机制主要以犁沟和塑性变形为主，并且可以观察到犁沟槽，SiC颗粒的加入能使AZ81镁基复合材料的耐磨性提高15.4～18.3％。断口形貌显示，SiC颗粒与基体合金的结合良好。室温断裂断口主要由解理面和撕裂棱组成，具有明显的脆性沿晶断裂的特征；随着温度升高，断口韧性特征增强，脆性特征减弱，直至解理特征基本消失，取而代之的是大量均匀分布的韧窝。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 镁及镁合金
• 1.2 目前镁合金的研究方向
• 1.3 镁基复合材料
• 1.3.1 镁基复合材料的基体合金
• 1.3.2 镁基复合材料中的增强相
• 1.3.3 界面反应
• 1.4 镁基复合材料的制备及合成工艺
• 1.4.1 粉末冶金法
• 1.4.2 熔体浸渗法
• 1.4.3 搅拌铸造法
• 1.4.4 半固态搅熔铸造法
• 1.4.5 挤压铸造法
• 1.4.6 液态反应法
• 1.4.7 机械合金化法
• 1.4.8 其他几种制备工艺
• 1.5 镁基复合材料的组织与性能
• 1.5.1 镁基复合材料的组织特征
• 1.5.2 镁基复合材料的性能
• 1.5.2.1 增强相对复合材料性能的影响
• 1.5.2.2 基体对复合材料性能的影响
• 1.5.2.3 制备工艺及界面性质对复合材料性能的影响
• 1.6 颗粒增强镁基复合材料的发展趋势
• 1.7 本课题的意义
• 2 实验材料及方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备及仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 SiC颗粒增强镁基复合材料的制备及热处理
• 2.3.2 拉伸性能测试
• 2.3.3 摩擦磨损试验
• 2.3.4 显微组织观察
• 2.3.5 扫描电镜（SEM）观察
• 3 实验结果及分析
• 3.1 基体合金与复合材料的显微组织观察及分析
• 3.2 SiCp/AZ81镁基复合材料拉伸性能结果与分析
• 3.2.1 SiCp/AZ81镁基复合材料的室温拉伸性能
• 3.2.2 SiCp/AZ81镁基复合材料的高温拉伸性能
• 3.2.3 固溶处理（T4）态 SiCp/AZ81镁基复合材料的拉伸性能
• 3.3 SiCp/AZ81镁基复合材料压缩性能结果与分析
• 3.4 SiCp/AZ81镁基复合材料的耐磨性能
• 3.5 扫描电镜的组织观察及能谱成分分析
• 3.6 断口分析
• 4 结果分析与讨论
• 4.1 颗粒增强镁基复合材料的界面行为
• 4.2 复合材料的增强机制
• 4.3 固溶处理对拉伸性能的影响
• 4.4 SiC颗粒对 AZ81镁合金耐磨性的影响
• 5 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢