镁课堂:(八十五)镁合金板带材生产4

2017年03月14日 9:25 5312次浏览 来源:   分类: 镁资讯   作者:

  复合材料的性能决定于基体、增强相及它们之间的界面,但是在镁基复合材料中,界面特性起着至关重要的作用,因此镁及镁合金有很高的化学活性,易与增强相发生界面反应,生成有害产物。
  界面问题不可小觑
  常用的增强材料有碳纤维、SiC、Al2O3、B4C及B纤维,在制备镁基复合材料时,由于温度较高,增强相会与镁熔体发生反应,如用Al2O3颗粒与短纤维作为增强相,则可与镁发生反应:
  3Mg+Al2O3=2Al+3MgO
  降低基体与增强相之间的结合强度。
  若用的Al2O3中残留有SiO2,则它可与Mg反应产生Si:
  2Mg+SiO2=Si+2MgO
  生成的Si继续与Mg反应:
  2Mg+Si=Mg2Si
  Mg2Si对界面结合强度不利,因此镁合金复合材料宜少用或不用Al2O3作为增强材料。
  碳纤维具有高强度、高模量、低密度等特点,且不与Mg反应,是一种好的镁基复合材料增强相,但若镁合金含有Al与Li等合金化元素,则会与碳反应生成Al4C3、Li4C化合物,损伤碳纤维,降低复合材料性能。不过,对碳纤维进行C-Si-O梯度表面涂层处理,可以大大提高界面结合强度。
  B4C一般不与纯镁反应,但其表面有一层B2O3膜,可与镁熔体反应生成MgB2:
  4Mg+B2O3=MgB2+MgO
  生成的MgB2可以提高Mg熔体与B4C之间的润湿性,提高界面结合强度。
  SiC在镁基复合材料制备过程中不会与基体发生界面反应,但其表面上的SiO以及在SiC预制坯时胶黏剂中存在的SiO2则易与镁基体发生有害反应。
  由以上分析可见,SiCp和B4Cp(p代表颗粒)比较适合于制备镁基复合材料,由于它们在镁熔体中的稳定性高,可以用熔体搅拌工艺制造复合材料。在生产镁基复合材料时,不同的制备工艺宜选择适合的增强相。采用喷射沉积和快凝/粉末冶金法时,由于不会产生界面化学反应,故增强相选择比较自由。用铸造法时,由于增强相与熔体直接接触,而且时间长,温度高,易诱发界面化学反应,故增强相选择应慎重。
  镁基复合材料组织
  镁基复合材料的组织与其他金属基复合材的相似,也是纤维状、颗粒状或晶须增强相分布于基体之中,由于它们的膨胀系数相差较大,在增强相外围存在高密度的位错缠结和残余应力,有利于提高材料强度。增强材料还可以细化基体合金晶粒。细化机制:一是增强化表面作为基体合金的非法均匀晶核提高了形核速率。二是增强相吸收基体热量,提高了界面处的冷却速度。三是增强相阻碍晶界移动而阻碍晶粒长大。因此,相同基体成分合金的晶粒,复合材料的比铸锭冶金材料的小得多、例如AZ81/SiCp复合材料基体的晶粒尺寸约为铸造合金AZ80合金晶粒的1/3,因而复合材料有更高的力学性能。
  有人观察到,在AZ81/SiCp复合材料中,在SiCp表面上有Mg17Al12相形核并向熔体内扩展长大,它们之间的界面为半共格,但由于凝固时界面有排斥作用,SiC颗粒易富集于晶界。
  也有研究者发现,在ZCM30/SiCp复合材料中,在SiC颗粒表面有薄片状共晶相生成,它与SiC的结合强度比基体与SiC间的结合强度大一些,因而复合材料内共晶相的生成有利于力学性的提高。
  有人在研究真空压力浸渍制备ZM5/SiCp复合材料时,发现界面结合紧密,而且有Al偏聚,导致界面处有针状和块状β-Mg17Al12相析出,由于SiC粒子表面吸附了一定量的氧,在制备复合材粒时,镁与氧反应,生成MgO,附着在界面上,在界面附近基体中存在着高密度的位错缠结组织。

责任编辑:淮金

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