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镁合金由于具有较高的比强度、比模量、电磁屏蔽性、较好的阻尼减震性、较好的抗老化能力和良好的导电和导热性的特点,正成为结构材料开发的热点之一。但是一般镁合金存在低的使用温度、有限的冷加工能力、低的韧性和高温强度、凝固时收缩率较高、高的化学反应活性和耐蚀性较差等不足。而颗粒增强镁基复合材料可减轻镁合金的某些不足,是克服镁合金性能弱点的有效方法之一。本文在充分分析本领域国内外研究现状的基础上,采用粉末冶金法制备颗粒增强镁基复合材料:首先通过高能球磨机对混合粉末进行球磨,然后冷压成型,最后在真空热压炉中烧结制备SiC/AZ81镁基复合材料。一方面达到利用SiC颗粒来增强AZ81镁合金,改善其韧性的目的;另一方面对颗粒增强镁基复合材料的制备提供理论依据。
采用粉末冶金法制备了AZ81镁合金及SiC/AZ81镁基复合材料,对混合粉末的球磨时间和球磨转速进行了确定。通过真空热压烧结技术,研究了烧结工艺参数。SiC/AZ81镁基复合材料具有如下的组织结构特征:微米级的SiC颗粒主要弥散分布在基体内,基体相主要为α-Mg相。
实验研究表明,与AZ81基体相比,SiC/AZ81复合材料的拉伸强度、断裂韧性、硬度都有了较大提高,分别达到271.61Mpa、5.96MPa·m1/2、2.52GPa。材料的拉伸强度和断裂韧性均随SiC的加入量,先增加后降低,并在SiC含量分别为20vol%和15vol%时达到最大值。适量SiC颗粒的引入,不但可以提高材料的室温拉伸强度,而且对材料的室温断裂韧性也有一定的改善。SiC/AZ81镁基复合材料具有较好的综合力学性能,SiC/AZ81镁基复合材料的干滑动抗磨损性能较AZ81镁合金也有了一定提高。
复合材料强度的提高,一方面是SiC颗粒与基体合金AZ81的载荷分配,另一方面是位错强化和细晶强化共同作用的结果。复合材料韧性改变主要源于SiC粒子对裂纹的偏转,其次存在一定的热失配问题,引发产生层错,从而提高了材料的断裂韧性。硬度和干滑动抗磨损性能的提高主要是由于SiC颗粒自身的硬度(28GPa)高于AZ81合金的硬度(约为0.97GPa);其次,作为第二相的SiC颗粒能起到细化晶粒的作用,故复合材料的硬度和干滑动磨损性能显著提高。